Sensors: els convertidors d'una magnitud física a una altra (normalment, a elèctrics) s'utilitzen àmpliament en equips domèstics i industrials. Sense ells, és molt difícil, si no impossible, mesurar, digitalitzar i processar paràmetres tecnològics com la pressió i el cabal (gas o líquid), temperatura, nivell, intensitat de camp magnètic o elèctric, etc. Un dels sensors més utilitzats és el sensor Hall: s'utilitzen tant a la vida quotidiana (començant per telèfons intel·ligents o ordinadors portàtils) com en la tecnologia industrial més complexa.
Contingut
Efecte Hall - principi de funcionament
Aquest efecte va ser descobert el 1879 pel físic nord-americà Edwin Hall i va rebre el seu nom.L'essència del fenomen és que si agafeu una placa metàl·lica i hi passeu un corrent elèctric (en la direcció AB de la figura) i després actueu sobre la placa amb un camp magnètic, per exemple, creat per un imant permanent, llavors en la direcció perpendicular al pas del corrent (CD a la figura ), hi haurà una diferència de potencial.
Aquest efecte es produeix a causa de la força de Lorentz que actua sobre les càrregues en moviment i les desplaça en una direcció perpendicular a la direcció del moviment. Com a resultat, sorgeix una diferència de potencial a les vores de la placa, que es pot mesurar o utilitzar per activar actuadors (preamplificació). Aquesta diferència depèn de:
- de la força del corrent que flueix;
- de la força del camp magnètic;
- sobre la concentració de portadors de càrrega lliure en el conductor.
El fenomen rep el nom del seu descobridor: l'efecte Hall.
Tipus i disposició de sensors Hall
L'efecte, descobert el segle anterior, va trobar aplicació pràctica. A partir d'això, es construeixen sensors de camp magnètic. El seu avantatge és que no disposen d'elements mòbils i de fregament (a diferència dels interruptors de canya), per la qual cosa la seva fiabilitat és molt superior. Segons el principi de sensibilitat sensors industrials Les sales es divideixen en:
- unipolar (reacciona només a un pol magnètic: nord o sud);
- bipolar (activar-se quan s'exposa a un camp magnètic d'una polaritat, apagar quan s'exposa a un camp magnètic de polaritat oposada);
- omnipolar: reaccionen a qualsevol pol dels imants.
La diferència de potencial creada per l'acció d'un camp magnètic sobre càrregues en moviment és unitats, en el millor dels casos desenes de microvolts. Per a l'aplicació pràctica, això no és suficient, s'ha d'augmentar la diferència de potencial. Aquests amplificadors s'incorporen directament al cos dels sensors i, segons el tipus d'amplificador, els dispositius es divideixen en dues classes.
- Analògic. En ells, la tensió a la sortida del sensor és proporcional al camp magnètic (depèn de la força de l'imant i la distància d'aquest). Construït sobre la base d'un amplificador operacional i s'utilitzen per mesurar camps magnètics.
- Digital. Després d'instal·lar l'amplificador comparador o disparador de Schmitt. La tensió de sortida, quan la inducció magnètica arriba a un determinat llindar, salta de zero a un nivell alt (normalment al nivell de tensió d'alimentació). Aquests sensors s'utilitzen per construir relés magnètics o generadors d'impulsos. El senyal amplificat de la placa s'aplica al dispositiu de llindar. Quan s'arriba al nivell establert, el sensor s'activa. El nivell d'activació es pot ajustar canviant la distància del sensor a la font del camp magnètic.
Aplicació de sensors Hall
L'aplicació més habitual del sensor Hall a la vida quotidiana són els sistemes d'encesa de cotxes sense contacte. El seu avantatge és l'absència de grups de contacte mecànics. Això significa que no hi ha desgast, ni crema de contactes, ni risc de fallada mecànica.
El sistema de distribució inclou una placa amb cornisa accionada pel cigonyal del motor, un imant permanent i el propi sensor Hall. Quan la placa gira, les protuberàncies en un moment estrictament definit, determinat per la posició del cigonyal, cauen a l'espai entre el sensor i l'imant, canviant els paràmetres del camp magnètic.El sensor genera polsos sincronitzats amb la rotació del cigonyal, que regulen el subministrament de tensió a la bobina d'alta tensió en els moments requerits. A més, els sensors de camp magnètic del cotxe s'utilitzen per reconèixer la posició del cigonyal.
Un altre ús dels sensors magnèticament sensibles és determinar la posició dels rotors dels motors elèctrics. L'element de relé està muntat a l'estator del motor i s'activa quan passa el pol. Segons aquest principi, podeu construir un comptador de revolucions o un comptador de velocitat.
Els dispositius basats en l'efecte Hall s'utilitzen en ordinadors portàtils o dispositius mòbils, com a indicador de la posició tancada de la tapa. Quan s'activa el sensor, l'ordinador es posa en suspensió o s'apaga. I als telèfons intel·ligents, una de les funcions del sensor que respon al camp magnètic terrestre és l'organització de la brúixola electrònica.
Els sensors Hall analògics s'utilitzen en instruments de mesura, on és necessari avaluar el nivell del camp magnètic. Són indispensables per a la mesura sense contacte de la intensitat del corrent en un conductor. Com sabeu, quan el corrent passa per un conductor, sorgeix un camp magnètic al seu voltant. La seva intensitat depèn de la força del corrent. Si el corrent és altern, el camp es pot mesurar d'altres maneres (per exemple, amb un transformador de corrent), però amb corrent continu, un sensor Hall és indispensable. Les pinces de corrent continu funcionen amb aquest principi.
L'aplicació més exòtica de l'efecte Hall és la construcció de motors de coets iònics segons el seu principi.
Com comprovar el rendiment del sensor Hall
Per comprovar el sensor, podeu muntar un circuit senzill, per al qual, a més del sensor en si, necessitareu:
- font d'alimentació per a la tensió desitjada;
- resistència amb una resistència d'aproximadament 1 kOhm;
- Díode emissor de llum;
- imant.
Si no hi ha cap LED, en lloc d'ell (i la resistència limitadora de corrent) podeu fer-ho utilitzar un multímetre (digital o punter) en mode de mesura de tensió.
No hi ha requisits especials per a la font d'alimentació: els corrents del circuit són molt petits. La seva tensió ha d'estar dins de la tensió d'alimentació del sensor a prova. El LED està connectat amb l'ànode al més de la font de tensió, el càtode a la sortida del dispositiu a prova, ja que el sensor es fa normalment amb un col·lector obert (però és millor comprovar-ho a la fitxa tècnica).
El procediment de prova depèn del tipus de dispositiu a prova.
- Per provar un sensor digital unipolar, heu de portar-hi un imant amb un pol. El LED s'ha d'encendre (la fletxa del voltímetre del punter es desvia o les lectures del tester digital canvien bruscament). Quan l'imant s'elimina una distància considerable, el circuit hauria de tornar a la seva posició original. Si el sensor no funciona, cal girar l'imant amb l'altre pol i repetir el procediment. Si el LED parpelleja, el sensor està funcionant. Si no s'ha aconseguit l'èxit en cap posició de l'imant, el dispositiu no es pot utilitzar.
- Es prova un sensor digital bipolar amb una tècnica similar, només el LED s'il·lumina en una posició de l'imant i no s'apaga quan s'elimina la font del camp magnètic. El circuit no hauria de reaccionar a més manipulacions amb el mateix pol. Si gireu l'imant i el porteu al sensor en la polaritat oposada, el LED s'hauria d'apagar. Això indica la salut del dispositiu que s'està provant.Si el circuit no funciona, el sensor està fora de servei.
- Un sensor Hall digital omnipolar es prova de la mateixa manera que un unipolar, però el dispositiu magnèticament sensible hauria de funcionar en qualsevol posició de l'imant.
Els sensors analògics es comproven de la mateixa manera que els digitals, però la tensió de sortida no hauria de canviar bruscament, sinó sense problemes a mesura que augmenta la força magnètica (per exemple, s'acosta un imant permanent o un augment del corrent al bobinat de l'electroimant).
Des d'un punt de vista pràctic, la qüestió de com comprovar el sensor Hall instal·lat al sistema d'encesa sense contacte d'un cotxe és interessant. Per fer-ho, traieu el connector del sensor i munteu el circuit indicat directament sobre els pins.
Aquí també podeu substituir el LED per un multímetre. Girant el cigonyal del cotxe manualment, podeu observar parpadejos periòdics del LED o canvis en la tensió de sortida de zero a aproximadament la tensió del sistema elèctric del cotxe. Una forma alternativa de registrar-se en un garatge és substituir temporalment el dispositiu per un sensor de recanvi conegut.
El sensor Hall ha trobat una àmplia aplicació en equips domèstics i industrials. No és difícil comprovar-ne la funcionalitat si hi ha una comprensió del principi del seu funcionament.
Articles semblants:
