Hallovy senzory – TECHNICKÉ PROSTŘEDKY AUTOMATIZACE A ŘÍZENÍ

Zařízení je založeno na Hallově jevu (obr. 2.29), který spočívá v následujícím: pokud jakýkoli polovodič, podél kterého protéká elektrický proud I, aby se projevil účinek kolmého magnetického pole o intenzitě I, vzniká elektromotorické pole (E), nazývaný Hallův elektromotorický síla: Kg kde E = — koeficient v závislosti na materiálu a tloušťce desky d Kg — Hallova konstanta. Proud je vstupem a výstupem přes kontakty. 1 a 2 a Hallovo napětí se měří mezi body 3 и 4. Efektivní plocha Hallova senzoru je omezena konci elektrod. Změnou velikosti a geometrie lze senzory přizpůsobit pro plnění různých funkcí. Hallův senzor je v podstatě senzor magnetického pole.

Praktické využití Hallova elektromagnetického pole začalo s rozvojem mikroelektroniky a mikroobvodů. V Hallových generátorech se začaly používat senzory. Senzory mohou být lineární (snímače proudu, polohy, průtoku atd.) a logické nebo digitální (snímače přiblížení, frekvence otáčení, pulzů atd.). Analogové senzory převést indukci pole na napětí. Hodnota, kterou senzor dokáže zobrazit, závisí na polaritě a síle pole. V tomto případě je třeba vzít v úvahu vzdálenost, ve které je instalován. Digitální senzory určit přítomnost nebo nepřítomnost nuly. Princip fungování je poměrně jednoduchý: senzor vydá logickou jedničku, pokud indukce dosáhne určité prahové hodnoty, a logickou nulu, pokud prahové hodnoty dosaženo není. Přítomnost nuly nemusí být zaznamenána, pokud je pole slabé. Nevýhodou takového senzoru je přítomnost mrtvé zóny mezi prahovými hodnotami. Digitální senzory se dělí:

• • zapnuto bipolární – reagovat na změnu polarity pole nebo pokud jedna polarita zapne senzor a druhá jej vypne;
• • unipolární — se spouštějí v přítomnosti pole určité polarity a vypínají se, když indukce klesne.

Hlavní charakteristiky lineárních Hallových senzorů:

• • plný výstupní rozsah odpovídá rozsahu výstupního napětí výstupy, u kterých nelinearita nepřesahuje stanovené limity. Je definována jako součást napájecího napětí;
• • rozsah měřené indukce, nastavený výrobcem v gaussech nebo militeslasech;
• • citlivost, definovaná jako sklon konverzní charakteristiky v milivoltech na gauss nebo milivoltech na militesla;
• • chyba linearity převodní charakteristiky – odchylka statické převodní charakteristiky senzoru od ideální přímky v daném rozsahu. Jedním ze způsobů, jak určit chybu linearity, je použití metody nejmenších čtverců, která matematicky zajišťuje, že se získá přímka s nejlepší aproximací k experimentálním datovým bodům. Udává se v procentech z celého rozsahu stupnice;
• • nulové napětí magnetického pole – hodnota výstupního napětí odpovídající nepřítomnosti magnetického pole;
• • posun nulové teploty – změna nulového napětí způsobená změnou teploty. Udává se jako procento na stupeň od nulového napětí odpovídajícího 25 °C;
• • teplotní drift citlivosti – změna citlivosti způsobená změnou teploty. Udává se jako procento na stupeň plného rozsahu napětí odpovídajícího 25 °C;
• • doba odezvy, která je definována jako doba, za kterou se výstupní signál změní z 10 na 90 % ustálené hodnoty jeho přírůstku během náhlé změny magnetického pole;
• • šířka pásma f_s určeno úrovní snížení citlivosti o 3 dB v režimu nízkého signálu.

Výhodou Hallova senzoru je jeho relativně nízká cena, nenáročnost a trvanlivost. Spolehlivost senzoru je dána skutečností, že nemá žádné třecí části.

Nejčastěji se Hallovy senzory používají jako senzory proudu, polohy, průtoku, úhlu natočení, vibrací, při vytváření bezkartáčových stejnosměrných motorů atd.