Un pic despre efectul Hall
Efectul Hall a fost descoperit de fizicianul american Edwin Hall în 1879.
Esența efectului Hall este că, atunci când un curent curge printr-o placă în direcția longitudinală sub influența unui câmp magnetic, apare o diferență de potențial pe marginile plăcii în direcția transversală. cauzate de legea din Lorentz (sub influența câmpului magnetic, alimentatoarele sunt deplasate la marginea plăcii). Această diferență de potențial (EMF) este proporțională cu magnitudinea produsului vectorial al intensității câmpului și a curentului H • I.
În absența unui câmp magnetic, fluxul de electroni nu este distorsionat. În prezența unui câmp magnetic, forțele Lorentz sunt deflectate de electroni și traiectoriile lor sunt îndoite. Această direcție a traiectoriilor conduce la apariția încărcărilor negative pe o parte a plăcii. În partea opusă, se acumulează o taxă pozitivă necompensată. Acumularea de sarcini pe fețele opuse ale plăcii conduce la apariția unui câmp electric transversal, numit câmpul Hall. Această acumulare de încărcări continuă până când EMF transversal rezultat compensează forțele create de câmpul magnetic. După aceasta, se stabilește un proces staționar, în care electronii se mișcă paralel cu fețele plăcii, ca în absența unui câmp magnetic.
Curentul electric când acesta trece prin metal în prezența unui câmp magnetic produce o tensiune electrică perpendiculară pe direcția curentului însuși și a liniilor de forță ale câmpului magnetic.
Atunci când o sarcină electrică se mișcă într-un câmp magnetic pentru abătută forță acționează. Ea se bazează pe această lucrare principiu de astfel de instalații experimentale ca sincrotron, este utilizat pe scară largă în cercetarea în domeniul fizicii particulelor elementare, în care particulele încărcate sunt prinse într-un toroidal (în formă de gogoașă) capcană magnetică și zbura într-un cerc în interiorul acestuia. Pe o scară mică, acest efect este utilizat în aparatul cu microunde - l electroni care circulă în câmpul magnetic, produc radiație cu microunde, încălzirea alimentelor.
Imaginați-vă că pe masa din fața ta este o bucată de sârmă conductor și câmpul magnetic este perpendicular pe planul blatului. În cazul în care firul prin care trece un curent, un câmp magnetic va determina taxa în sârmă pentru a se abate într-o direcție (dreapta sau spre stânga a direcției curente, în funcție de orientarea câmpului magnetic și polaritatea taxelor). Deplasarea pe direcția de mișcare rectilinie în interiorul conductorului, taxele se vor acumula în zona de frontieră, până când forța reciprocă respingerea electrostatică, care apar între ele, în virtutea legii Coulomb, nici contrabalansare Polarizarea vigoare a câmpului magnetic asupra curentului. După acest curent din nou va curge direct, ci pe conductorul apare o diferență de potențial electric într-un plan perpendicular atât pe direcția curentului și direcția liniilor de câmp magnetic datorită redistribuirea sarcinilor electrice în planul conductorului secțiunii transversale, și amploarea acestui potențial diferență este proporțională cu intensitatea curentului și tensiunii câmp magnetic.
Efectul Hall este un fenomen al apariției unei diferențe transversale de potențial (numit și tensiunea Hall) când un conductor cu curent continuu este plasat într-un câmp magnetic. Deschis de E. Hall în 1879 în plăci subțiri de aur.
În cel mai simplu efect Hall considerare este după cum urmează. Să presupunem că printr-o bară de metal într-un câmp magnetic B slab care curge curent electric sub acțiunea intensității câmpului magnetic E. va devia purtătorii de sarcină (electroni pentru definiteness) din mișcarea lor de-a lungul sau împotriva câmpului electric la una dintre fețele lemnului. În acest caz, criteriul stării micimea va fi că, în acest caz, electronul începe să se miște de-a lungul unei Cicloida.
Astfel, forța lui Lorentz va duce la acumularea unei încărcări negative în apropierea unei laturi a barei și a unui pozitiv apropiat de opus. Acumularea încărcării va continua până când câmpul electric de încărcare E 1 va compensa componenta magnetică a forței Lorentz:
Viteza electronului v poate fi exprimată în funcție de densitatea curentului:
unde n este concentrația purtătorilor de sarcină. atunci
Coeficientul de proporționalitate între E 1 și jB este numit coeficientul (sau constanta) al Sala. În această aproximare, semnul constantei Hall depinde de semnul purtătorilor de sarcină, ceea ce permite determinarea tipului lor pentru un număr mare de metale. Pentru unele metale (de exemplu, cum ar fi aluminiu, zinc, fier, cobalt), un semn pozitiv al RH este observat în câmpuri puternice. care este explicată în teoriile semiclastice și cuantice ale unui solid.
Descrierea efectului Hall
Senzorii de tip senzor și senzorii de amplificare directă se bazează pe efectul Hall, descoperit în 1979 de către fizicianul american Edwin Herbert Hall.
Efectul Hall este cauzat de forța Lorentz, care acționează asupra purtătorilor mobili ai încărcăturilor electrice din conductor când sunt acționați de un câmp magnetic perpendicular pe direcția curentului.
Placa subțire a semiconductorului se intersectează de-a lungul curentului de comandă Ip (figura 1). Fluxul magnetic B generează forța Lorentz FL perpendicular pe direcția transportoarelor de încărcare mobile care formează curentul. Aceasta duce la o schimbare a numărului de suporturi de încărcare la ambele capete ale plăcii și creează o diferență de potențial, care este tensiunea Hall UH. Un astfel de dispozitiv a fost numit generatorul Hall.
Senzori de câștig direct pe baza efectului Hall
Inducția magnetică B și tensiunea Hall sunt create de curentul primar măsurat Ip, care trebuie convertit la curentul de ieșire al senzorului. Curentul de comandă este furnizat prin intermediul unei surse de curent stabilizate. (Fig. 2) Semnalul măsurat este amplificat și de la ieșirea senzorului sub formă de tensiune sau curent (în funcție de design) este utilizat pentru prelucrare ulterioară. Senzorii celui de-al cincilea câștig sunt capabili să măsoare DC, curent alternativ și curenți de alte forme. Acestea sunt izolate galvanic de la sursa curentului măsurat.
Senzorii de tip senzor de compensare (denumiți și senzori de debit zero) au feedback de 100% datorită circuitului de compensare încorporat. Și așa mai departe.
Materiale pentru fabricarea senzorilor Hall
Materialul semiconductor destinat fabricării DC trebuie să aibă nu numai valori ridicate, dar și cât mai scăzute posibil de temperatură ale constantei Hall și mobilitatea purtătoarelor actuale. Alegerea unui material semiconductor pentru DX este dictată de domeniul aplicării sale.
Ca regulă, semiconductorii cu conductivitate electronică sunt utilizați, deoarece au o semnificațieóMobilitatea mai mare a purtătorilor de sarcină decât semiconductorii cu conductivitate a găurilor. Trebuie subliniat faptul că proprietățile fiecăruia dintre aceste materiale semiconductoare pot varia semnificativ în funcție de tipul și cantitatea de impurități introduse în ele.
Senzorii cristalini sunt de obicei fabricați din compuși semiconductori de germaniu, siliciu din grupa a treia și a cincea a sistemului periodic Mendeleyev - antimonid de indiu. arsenid indiu. arsenid galiu. precum și o soluție solidă, compusul ternar In (As0.8P0.2).
Senzori DC și AC:
Senzorii de curent sunt proiectați pentru a măsura curenții DC sau AC cu izolație galvanică a circuitului de putere și a circuitelor de comandă.
Proiectarea senzorilor de curent include un circuit magnetic cu decalaj și o înfășurare de compensare, un senzor Hall și o placă electronică de procesare a semnalului. Senzorul Hall sensibil magnetic este fixat în spațiul magnetic și conectat la intrarea amplificatorului electronic.
Când curentul măsurat curge prin pneul acoperit de circuitul magnetic, inducția magnetică este indusă în acesta din urmă. Senzorul Hall, receptiv la câmpul magnetic care apare, produce o tensiune proporțională cu magnitudinea inducției magnetice induse. Semnalul de ieșire al senzorului este amplificat de un amplificator electronic și introdus în bobina de compensare. Ca rezultat, un curent de compensare curge de-a lungul înfășurării, proporțional cu curentul măsurat în mărime și corespunzător acestuia în formă. Câmpul magnetic rezultat al înfășurării de compensare compensează câmpul magnetic al curentului măsurat, iar senzorul Hall acționează ca un organ de zero. În acest caz, banda de frecvență trecută de un astfel de senzor de curent este de la 0 Hz (curent continuu) la 200 kHz.
Senzori AC:
Pentru a reduce costul dispozitivelor, o linie de senzori a fost dezvoltată și produsă în serie pentru a măsura doar curentul alternativ de curent de 50 Hz. Astfel de senzori constau dintr-un transformator de curent și o placă electronică de procesare a semnalului. Pentru confortul consumatorilor, se pot face diferite tipuri de senzori care diferă sub forma semnalului de ieșire:
1 - la tensiunea de ieșire a senzorului proporțională cu curentul măsurat;
2 - la ieșirea senzorului tensiunea proporțională cu valoarea curentă a curentului măsurat;
3 - ieșirea standard de curent 4/20 mA (0/20 mA), proporțională cu valoarea curentă a curentului măsurat.
Senzori detașabili de curent:
În timpul monitorizării echipamentelor electrice, în timpul lucrărilor de reparații la centralele cu ciclu de lucru continuu, iar în alte cazuri este nevoie de senzori de curent, care ar permite instalarea lor fără a rupe circuitul de curent. În acest scop, am dezvoltat si produs senzori de măsurare curent separabile, t. E. Senzorii care sunt asamblate în mod direct și instalate pe curentul de autobuz. În prezent, fabricat în scop comercial două tipuri de astfel de senzori:
1. Senzor pentru masurarea curentilor DC si AC pana la 1500 A. Proiectat pentru montare pe o magistrala plata 80x10 mm;
2. senzor de măsurare AC cu fereastră 19x19 mm.
Senzori de curent
Senzorii Linear Hall pot fi utilizați ca parte a contoarelor actuale de la 250 mA la mii de amperi. Cel mai important avantaj al acestor senzori este absența completă a conexiunii electrice cu circuitul măsurat. Senzorii liniare permit măsurarea curenților și a curenților alternativi, incluzând curenți de frecvență destul de înaltă. Dacă senzorul de Hall liniar este situat în apropierea conductorului cu curent, tensiunea de ieșire a senzorului este proporțională cu inducția câmpului magnetic care înconjoară conductorul. Amplitudinea inducției, la rândul ei, este proporțională cu curentul.
Fig.6 Proiectarea senzorilor de curent
În cel mai simplu caz, senzorul curent este un design în care senzorul Hall este montat lângă un fir prin care curge curentul măsurat (figura 6a). Astfel de senzori sunt utilizați pentru a măsura curenții mari, în special în liniile electrice.
Inducția B este determinată de formula:
unde r este distanța de la centrul regiunii sensibile a senzorului la axa de simetrie a conductorului în metri. Sensibilitatea senzorului de curent poate fi crescută în mod semnificativ prin utilizarea unui concentrator de flux magnetic sub forma unui miez magnetic cu o fantă în care este amplasat un senzor liniar Hall (figura 6b). În acest caz, inducerea fluxului magnetic prin senzor:
Principalele caracteristici ale senzorilor Hall
Senzori liniari.
Scara de ieșire completă corespunde domeniului de tensiune de ieșire, în care nelinearitatea nu lasă limitele specificate. Acesta este definit ca parte a tensiunii de alimentare.
Domeniu de inducție măsurat. care este stabilit de producător în gausses sau milislates.
Sensibilitate. definită ca panta a caracteristicilor de conversie în mV / G sau mV / mT.
Eroarea de linearitate a caracteristicilor de conversie este abaterea caracteristicilor statice ale conversiei senzorului de la o linie dreaptă ideală într-un anumit interval de presiune. O modalitate de a determina eroarea de liniaritate este utilizarea metodei celor mai mici pătrate, care oferă matematic o linie dreaptă pentru cea mai bună aproximare cu punctele de date. Indicat ca procent din scala completă.
Tensiunea câmpului magnetic zero - valoarea tensiunii de ieșire, corespunzătoare absenței unui câmp magnetic.
Variația temperaturii zero este schimbarea tensiunii zero cauzată de o schimbare a temperaturii. Este indicat în% / ° C a tensiunii zero corespunzând la 25 ° C.
Sensibilitatea sensibilității la temperatură este o schimbare a sensibilității cauzată de o modificare a temperaturii. Este indicat în% / ° C a tensiunii la scară completă care corespunde la 25 ° C.
Timp de răspuns. este definit ca timpul de schimbare a semnalului de ieșire de la 10% la 90% din valoarea staționară a incrementului său atunci când câmpul magnetic se schimbă brusc.
Lățimea de bandă fS este determinată de nivelul de scădere a sensibilității cu 3 dB în modul de semnal mic.
Trimiteți-le prietenilor: