Sensor - konverter dari satu kuantitas fisik ke kuantitas fisik lainnya (biasanya, ke listrik) banyak digunakan dalam peralatan rumah tangga dan industri. Tanpa mereka, sangat sulit, jika bukan tidak mungkin, untuk mengukur, mendigitalkan, dan memproses parameter teknologi seperti tekanan dan aliran (gas atau cair), suhu, level, kekuatan medan magnet atau listrik, dll. Salah satu sensor yang paling banyak digunakan adalah sensor Hall - mereka digunakan baik dalam kehidupan sehari-hari (dimulai dengan smartphone atau laptop), dan dalam teknologi industri yang paling kompleks.
Isi
Efek hall - prinsip operasi
Efek ini ditemukan pada tahun 1879 oleh fisikawan Amerika Edwin Hall dan dinamai menurut namanya.Inti dari fenomena ini adalah bahwa jika Anda mengambil pelat logam dan mengalirkan arus listrik melaluinya (dalam arah AB pada gambar), dan kemudian bertindak pada pelat dengan medan magnet, misalnya, dibuat oleh magnet permanen, maka pada arah tegak lurus aliran arus (CD pada gambar ), akan terjadi beda potensial.
Efek ini terjadi karena gaya Lorentz yang bekerja pada muatan yang bergerak dan memindahkannya ke arah yang tegak lurus terhadap arah gerak. Akibatnya, perbedaan potensial muncul di tepi pelat, yang dapat diukur atau digunakan untuk memicu aktuator (pra-penguatan). Perbedaan ini tergantung pada:
- dari kekuatan arus yang mengalir;
- dari kekuatan medan magnet;
- pada konsentrasi pembawa muatan bebas dalam konduktor.
Fenomena ini dinamai menurut penemunya - efek Hall.
Jenis dan susunan sensor Hall
Efeknya, ditemukan kembali pada abad sebelumnya, menemukan aplikasi praktis. Berdasarkan itu, sensor medan magnet dibangun. Keuntungannya adalah mereka tidak memiliki elemen bergerak dan menggosok (tidak seperti sakelar buluh), sehingga keandalannya jauh lebih tinggi. Menurut prinsip sensitivitas sensor industri Aula dibagi menjadi:
- unipolar (hanya bereaksi terhadap satu kutub magnet - utara atau selatan);
- bipolar (hidup saat terkena medan magnet satu polaritas, mati saat terkena medan magnet polaritas berlawanan);
- omnipolar - bereaksi terhadap setiap kutub magnet.
Perbedaan potensial yang diciptakan oleh aksi medan magnet pada muatan yang bergerak adalah satuan, paling banyak puluhan mikrovolt. Untuk aplikasi praktis, ini tidak cukup, beda potensial harus ditingkatkan. Amplifier ini dibangun langsung ke badan sensor, dan menurut jenis amplifier, perangkat dibagi menjadi dua kelas.
- Analog. Di dalamnya, tegangan pada keluaran sensor sebanding dengan medan magnet (tergantung pada kekuatan magnet dan jarak darinya). Dibangun atas dasar penguat operasional dan digunakan untuk mengukur medan magnet.
- Digital. Setelah amplifier dipasang pembanding atau pemicu Schmitt. Tegangan keluaran, ketika induksi magnetik mencapai ambang tertentu, melompat dari nol ke tingkat tinggi (biasanya ke tingkat tegangan suplai). Sensor tersebut digunakan untuk membangun relay magnetik atau generator pulsa. Sinyal yang diperkuat dari pelat diterapkan ke perangkat ambang. Ketika tingkat yang ditetapkan tercapai, sensor dipicu. Tingkat pemicu dapat disesuaikan dengan mengubah jarak dari sensor ke sumber medan magnet.
Penerapan sensor Hall
Aplikasi yang paling umum dari sensor Hall dalam kehidupan sehari-hari adalah sistem pengapian mobil non-kontak. Keuntungan mereka adalah tidak adanya kelompok kontak mekanis. Ini berarti tidak ada keausan, tidak ada kontak yang terbakar, tidak ada risiko kegagalan mekanis.
Sistem distribusi mencakup pelat dengan tepian yang digerakkan oleh poros engkol mesin, magnet permanen, dan sensor Hall itu sendiri. Ketika pelat berputar, tonjolan pada momen yang ditentukan secara ketat, ditentukan oleh posisi poros engkol, jatuh ke celah antara sensor dan magnet, mengubah parameter medan magnet.Sensor menghasilkan pulsa yang disinkronkan dengan rotasi poros engkol, yang mengatur suplai tegangan ke koil tegangan tinggi pada titik waktu yang diperlukan. Selain itu, sensor medan magnet di dalam mobil digunakan untuk mengenali posisi poros engkol.
Kegunaan lain dari sensor yang sensitif secara magnetis adalah untuk menentukan posisi rotor motor listrik. Elemen relai dipasang pada stator motor dan diaktifkan ketika kutub lewat. Berdasarkan prinsip ini, Anda dapat membuat penghitung putaran atau pengukur kecepatan.
Perangkat yang dibangun di atas efek Hall digunakan di laptop atau perangkat seluler - sebagai indikator posisi tutupnya. Saat sensor dipicu, komputer akan tidur atau mati. Dan di smartphone, salah satu fungsi sensor yang merespon medan magnet bumi adalah mengatur kompas elektronik.
Sensor Hall Analog digunakan dalam instrumen pengukuran - di mana perlu untuk menilai tingkat medan magnet. Mereka sangat diperlukan untuk pengukuran kekuatan arus non-kontak dalam konduktor. Seperti yang Anda ketahui, ketika arus melewati konduktor, medan magnet muncul di sekitarnya. Intensitasnya tergantung pada kekuatan arus. Jika arus bolak-balik, maka medan dapat diukur dengan cara lain (misalnya, dengan transformator arus), tetapi dengan arus searah, sensor Hall sangat diperlukan. Klem arus DC bekerja berdasarkan prinsip ini.
Aplikasi efek Hall yang paling eksotis adalah konstruksi mesin roket ion berdasarkan prinsipnya.
Bagaimana cara memeriksa sensor Hall untuk kinerja
Untuk memeriksa sensor, Anda dapat merakit sirkuit sederhana, yang selain sensor itu sendiri, Anda perlu:
- catu daya untuk tegangan yang diinginkan;
- penghambat dengan resistansi sekitar 1 kOhm;
- dioda pemancar cahaya;
- magnet.
Jika tidak ada LED, maka alih-alih (dan resistor pembatas arus) Anda dapat menggunakan multimeter (digital atau pointer) dalam mode pengukuran tegangan.
Tidak ada persyaratan khusus untuk catu daya - arus di sirkuit sangat kecil. Tegangannya harus berada dalam tegangan suplai sensor yang diuji. LED terhubung dengan anoda ke sumber tegangan plus, katoda ke output perangkat yang diuji, karena sensor biasanya dibuat dengan kolektor terbuka (tetapi lebih baik untuk memeriksanya di lembar data).
Prosedur pengujian tergantung pada jenis perangkat yang diuji.
- Untuk menguji sensor digital unipolar, Anda perlu membawa magnet ke sana dengan satu kutub. LED harus menyala (panah penunjuk voltmeter menyimpang atau pembacaan penguji digital berubah secara tiba-tiba). Ketika magnet dilepas dalam jarak yang cukup jauh, rangkaian harus kembali ke posisi semula. Jika sensor tidak berfungsi, magnet harus dibalik dengan kutub lainnya dan ulangi prosedur. Jika LED berkedip, maka sensor bekerja. Jika keberhasilan tidak tercapai di posisi magnet apa pun, perangkat tidak dapat digunakan.
- Sensor digital bipolar diuji menggunakan teknik serupa, hanya LED menyala pada satu posisi magnet, dan tidak padam saat sumber medan magnet dihilangkan. Sirkuit tidak boleh bereaksi terhadap manipulasi lebih lanjut dengan kutub yang sama. Jika Anda membalikkan magnet dan membawanya ke sensor dengan polaritas yang berlawanan, LED akan mati. Ini menunjukkan kesehatan perangkat yang diuji.Jika sirkuit tidak berfungsi, maka sensor rusak.
- Sensor Hall digital omnipolar diuji dengan cara yang sama seperti sensor unipolar, tetapi perangkat yang sensitif secara magnetis harus bekerja di posisi magnet mana pun.
Sensor analog diperiksa dengan cara yang sama seperti sensor digital, tetapi tegangan keluaran tidak boleh berubah secara tiba-tiba, tetapi lancar ketika gaya magnet meningkat (misalnya, magnet permanen mendekat atau peningkatan arus pada belitan elektromagnet).
Dari sudut pandang praktis, pertanyaan tentang bagaimana memeriksa sensor Hall yang dipasang di sistem pengapian tanpa kontak mobil menarik. Untuk melakukan ini, lepaskan konektor dari sensor dan pasang sirkuit yang ditunjukkan langsung pada pin.
Di sini Anda juga dapat mengganti LED dengan multimeter. Memutar poros engkol mobil secara manual, Anda dapat mengamati kedipan LED secara berkala atau perubahan tegangan keluaran dari nol hingga kira-kira tegangan sistem kelistrikan mobil. Cara alternatif untuk memeriksa di garasi adalah dengan mengganti perangkat untuk sementara dengan sensor cadangan yang diketahui bagus.
Sensor Hall telah menemukan aplikasi luas dalam peralatan rumah tangga dan industri. Tidak sulit untuk memeriksanya untuk kemudahan servis jika ada pemahaman tentang prinsip operasinya.
Artikel serupa:
