傳感器 - 一種物理量到另一種物理量的轉換器（通常是電氣量）廣泛用於家用和工業設備。沒有它們，即使不是不可能，也很難測量、數字化和處理壓力和流量（氣體或液體）等技術參數， 溫度、水平、磁場或電場強度等。最廣泛使用的傳感器之一是霍爾傳感器——它們既用於日常生活（從智能手機或筆記本電腦開始），也用於最複雜的工業技術。
霍爾效應 - 工作原理
這種效應由美國物理學家埃德溫·霍爾於 1879 年發現並以他的名字命名。現象的本質是，如果你拿一塊金屬板，讓電流通過它（圖中AB方向），然後用磁場作用在板上，例如由永磁體產生的磁場，那麼在垂直於電流通過的方向（圖中CD），就會產生電位差。
這種效應的發生是由於洛倫茲力作用在運動電荷上，並使它們在垂直於運動方向的方向上發生位移。結果，在板的邊緣會出現電位差，可以測量或用於觸發執行器（預放大）。這種差異取決於：
- 從流動電流的強度；
- 從磁場強度；
- 關於導體中自由電荷載流子的濃度。
這種現像以其發現者的名字命名——霍爾效應。
霍爾傳感器的類型和佈置
早在上個世紀就發現的這種效應得到了實際應用。在此基礎上構建磁場傳感器。它們的優點是它們沒有移動和摩擦元件（不像簧片開關），因此它們的可靠性要高得多。根據靈敏度原理 工業傳感器 大廳分為：
- 單極（僅對一個磁極反應 - 北極或南極）；
- 雙極（暴露於一個極性的磁場時打開，暴露於相反極性的磁場時關閉）；
- 全極 - 對任何磁極做出反應。
磁場對移動電荷的作用產生的電位差是單位，最多為幾十微伏。對於實際應用，這還不夠，必須增加電位差。這些放大器直接內置於傳感器主體中，根據放大器的類型，設備分為兩類。
- 模擬。 其中，傳感器輸出端的電壓與磁場成正比（取決於磁鐵的強度和與它的距離）。建立在運算放大器的基礎上，用於測量磁場。
- 數字的。 安裝功放後 比較器 或施密特觸發器。輸出電壓，當磁感應達到一定閾值時，從零跳到高電平（通常到電源電壓電平）。這種傳感器用於構建磁繼電器或脈衝發生器。來自板的放大信號被施加到閾值設備。當達到設定水平時，觸發傳感器。可以通過改變傳感器到磁場源的距離來調整觸發電平。
霍爾傳感器的應用
霍爾傳感器在日常生活中最常見的應用是非接觸式汽車點火系統。它們的優點是沒有機械接觸組。這意味著無磨損、無觸點燃燒、無機械故障風險。
分配系統包括一個帶有由發動機曲軸驅動的壁架的板、一個永磁體和霍爾傳感器本身。當板旋轉時，由曲軸位置確定的嚴格定義時刻的突起落入傳感器和磁鐵之間的間隙中，從而改變磁場參數。傳感器產生與曲軸旋轉同步的脈衝，在所需時間點調節高壓線圈的電壓供應。此外，汽車中的磁場傳感器用於識別曲軸的位置。
磁敏傳感器的另一個用途是確定電動機轉子的位置。繼電器元件安裝在電機定子上，並在磁極通過時激活。根據這個原則，您可以構建轉速表或速度計。
基於霍爾效應的設備用於筆記本電腦或移動設備 - 作為蓋子關閉位置的指示器。當傳感器被觸發時，計算機進入睡眠狀態或關閉。而在智能手機中，響應地球磁場的傳感器的功能之一是電子羅盤的組織。
模擬霍爾傳感器用於測量儀器 - 需要評估磁場水平。它們對於導體中電流強度的非接觸式測量是必不可少的。如您所知，當電流通過導體時，其周圍會產生磁場。它的強度取決於電流的強度。如果電流是交流的，則可以通過其他方式測量場（例如，使用電流互感器），但對於直流電，霍爾傳感器是必不可少的。直流電流鉗就是根據這個原理工作的。
霍爾效應最奇特的應用是根據其原理製造離子火箭發動機。
如何檢查霍爾傳感器的性能
要檢查傳感器，您可以組裝一個簡單的電路，除了傳感器本身，您還需要：
- 所需電壓的電源；
- 電阻器 電阻約為 1 kOhm;
- 發光二極管;
- 磁鐵。
如果沒有 LED，那麼您可以代替它（和限流電阻） 使用萬用表 （數字或指針）在電壓測量模式。
對電源沒有特殊要求——電路中的電流非常小。其電壓必須在被測傳感器的電源電壓範圍內。 LED 的陽極連接到電壓源的正極，陰極連接到被測設備的輸出端，因為傳感器通常由集電極開路製成（但最好在數據表上進行檢查）。
測試程序取決於被測設備的類型。
- 要測試單極數字傳感器，您需要用一個磁極將磁鐵帶到它上面。 LED 應亮（指針電壓表的箭頭偏離或數字測試儀的讀數突然變化）。當磁鐵移開相當長的距離時，電路應返回其原始位置。如果傳感器不起作用，則需要將磁鐵與另一極翻轉並重複該過程。如果 LED 閃爍，則傳感器正在工作。如果在磁鐵的任何位置都沒有成功，則該設備無法使用。
- 使用類似技術測試雙極數字傳感器，只有磁鐵的一個位置的 LED 亮起，並且在移除磁場源時不會熄滅。電路不應對同一極的進一步操作做出反應。如果將磁鐵翻轉過來並以相反的極性將其帶到傳感器上，則 LED 應關閉。這表明被測設備的健康狀況。如果電路不工作，則傳感器出現故障。
- 全極數字霍爾傳感器的測試方法與單極傳感器相同，但磁敏設備應在磁鐵的任何位置工作。
模擬傳感器的檢查方式與數字傳感器相同，但輸出電壓不應突然變化，而應隨著磁力的增加而平滑變化（例如，永磁體接近或電磁線圈中的電流增加）。
從實際的角度來看，如何檢查安裝在汽車非接觸式點火系統中的霍爾傳感器的問題很有趣。為此，請從傳感器上拆下連接器，並將指示的電路直接組裝在引腳上。
在這裡，您還可以用萬用表替換 LED。手動轉動汽車的曲軸，您可以觀察到 LED 的周期性閃爍或輸出電壓從零到接近汽車電氣系統電壓的變化。檢查車庫的另一種方法是用已知良好的備用傳感器臨時更換設備。
霍爾傳感器已廣泛應用於家用和工業設備。如果了解其操作原理，則不難檢查其可維護性。
類似文章：
