موضوع مقاله: حسگر اثر هال | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # حسگر اثر هال | مقدمه: او پی برد وقتی که میدان مغناطیسی عمودی یک آهنربا به یک ضلع مستطیل نازکی از جنس طلا که دارای جریان الکتریکی است وارد می‌شود باعث به‌وجود آمدن اختلاف پتانسیل در ضلع مقابل می‌گردد. | ## بخش 1: حسگر اثر هال | همچنین او با این نکته پی برد که میزان ولتاژ به اندازه جریان عبوری از رسانا و چگالی شار مغناطیسی عمود بر صفحه مستطیل بستگی دارد. شکل ۱–۱ یک صفحه نازک از ماده هال را نشان می‌دهد که حامل جریان I در امتداد محور طولی می‌باشد. ولت‌متری در مسیر محور عرضی این صفحه قرار داده شده‌است که در غیاب میدان مغناطیسی عمود بر صفحه ولتاژ صفر را نمایش می‌دهد. شکل هنگامی که یک میدان مغناطیسی در جهت محور عمود بر صفحه نیمه رسانا به آن اعمال شود (مطابق شکل ۲–۱) نیروی لورنتز (به انگلیسی:Lorentz Force) بر حامل‌های بار (الکترون‌ها و حفره‌ها) اعمال شده در نتیجه آن‌ها به دو طرف صفحه نیمه هادی رانده می‌شوند. در نتیجه اختلاف پتانسیلی در عرض صفحه به وجود آمده و ولتمتر ولتاژ اندکی را نشان می‌دهد که به آن ولتاژ هال می‌گویند. در صورتی که جهت میدان مغناطیسی برعکس گردد، ولتاژ بوجور آمده نیز در جهت مخالف ظاهر می‌گردد. به این معنی که وقتی میدان مغناطیسی اعمالی و جریان الکتریکی عبوری نیز در طول زمان مقدار ثابتی داشته باشند، همچنان شاهد ولتاژ به وجود آمده در جهت محور عرضی صفحه هستیم. در شرایطی که متغیر حس شونده میدان مغناطیسی تولید کند یا آن را از خود عبور دهد حسگرهای اثر هال به خوبی وظیفه خود را انجام می‌دهند ولتاژ هال متناسب است با جریان الکتریکی (I) و میدان مغناطیسی (B) اندازه این ولتاژ در محدودهٔ میکرو ولت می‌باشد. اساس کار حسگرهای اثر هال یک حسگر اثر هال مبدلی است که در پاسخ به تغییرات میدان مغناطیسی خروجی ولتاژ نشان می‌دهد. با اعمال میدان‌های مغناطیسی نسبتاً بزرگ ولتاژ خروجی در محدودهٔ چند میکرو ولت می‌باشد. برای ارتقا حساسیت حسگر و گرفتن خروجی مطلوب با بیشترین دقت و با حداقل خطای هیسترزیس باید از تقویت کننده، رگولاتور ولتاژ و مدارهای سوییچینگ منطقی استفاده کرد. | ## بخش 2: حسگر اثر هال | حسگرهای خطی یا آنالوگ ولتاژ خروجی این نوع حسگر مستقیماً از خروجی تقویت کننده گرفته می‌شود که متناسب است با اندازه میدان مغناطیسی خارجی اعمال شده. میدان مغناطیسی احساس شده می‌تواند مثبت یا منفی باشد و از آنجاییکه خروجی تقویت کننده‌ها نیز می‌تواند مثبت یا منفی باشد باید منبع ولتاژ مثبت و منفی در اختیار داشته باشیم. برای پرهیز از دو منبع ولتاژ جداگانه بهتر است که از تقویت کنندهٔ تفاضلی با آفست معین استفاده شود. اگر میدان مغناطیسی مثبت وجود داشته باشد مقدار نشان داده شده بزرگتر از آفست و اگر میدان مغناطیسی اعمالی منفی باشد خروجی مقداری مثبت و کمتر از آفست خواهد بود. باید خاطر نشان شد که در صورت اعمال میدان مغناطیسی بسیار بزرگ مثبت یا منفی حسگر اثر هال آسیب ندیده و تقویت کننده به اشباع می‌رود. حسگرهای دارای خروجی آنالوگ ولتاژ خروجی پیوسته‌ای را نمایش می‌دهند که متناسب با اندازه میدان مغناطیسی تا محدودهٔ اشباع تغییر می‌کند. محدوده‌های عملکرد این نوع سنسورها می‌تواند ۴٫۵ تا ۱۰٫۵ ولت، ۴٫۵ تا ۱۲ ولت یا ۶٫۶ تا ۱۲٫۶ ولت باشد. در صورتی که شار مغناطیسی با اندازه بزرگتر از یک مقدار مرجع از عنصر هال عبور کند خروجی سریعاً از حالت خاموش (OFF) به حالت روشن (ON)تغییر وضعیت می‌دهد. (شایان ذکر است که مقدار مرجع توسط کارخانه سازنده حسگر معین می‌گردد) و در صورتی که شار مغناطیسی کمتر از مقدار مرجع شود خروجی به حالت OFF می‌رود. حسگرهای دوقطبی برای تشخیص وجود میدان مغناطیسی به بیان دیگر برای تغییر وضعیت از OFF به ON به میدان مغناطیسی مثبت نیاز دارند و برای تشخیص عدم وجود میدان مغناطیسی به بیان دیگر برای تغییر وضعیت از حالت ON به OFF به میدان مغناطیسی منفی احتیاج دارد. در حالیکه حسگرهای تک قطبی برای تشخیص وجود و عدم وجود میدان مغناطیسی از میدان مثبت استفاده می‌کند. | ## بخش 3: حسگر اثر هال | کاربردهای حسگر اثر هال کاربردهای حسگر با خروجی دیجیتال: کنترل موتور (تشخیص سرعت) تجهیزات عکاسی (اندازه‌گیری زمان) زمان احتراق حسگر مکان شمارنده پالس (چاپگر و درایو موتور) حسگرتعیین مکان ساقه شیر Joy stick قفل شدن در مشاهده جریان (سیستم موتور) اندازه‌گیری سرعت چرخش اندازه‌گیری فلو رله آشکارسازهای نزدیکی امنیتی (کارت‌های مغناطیسی) ماشین‌های بانکی (گوینده اتوماتیکی) ارتباطات راه دور فشارسنج‌ها سوییچ‌های محدود کننده سنسور تعیین مکان لنز تست تجهیزات سنسور تعیین مکان شفت دستگاه‌های سکه‌ای کاربردهای سنسور با خروجی خطی : مشاهده جریان درایو دیسک درایو فرکانس متغیر کنترل حفاظت موتور حفاظت منبع تغذیه اندازه‌گیری مکان دیافراگم فشار پتانسیومترهای غیر تماسی سوییچ‌های انکودر انکودرهای چرخشی تنظیم کننده ولتاژ ردیاب فلزات آهن دار در زیر به توضیح چند یک از کاربردهای ذکر شده در بالا می‌پردازیم بستن در(door interlock) و زمان احتراق : در این روش سنسور طوری قرار می‌گیرد که زمانی که کلید داخل قفل قرار می‌گیرد باعث می‌شود میدان مغناطیسی بچرخد. شار مغناطیسی مورد نیاز برای عملکرد حسگر می‌تواند با آهن‌ربای جدا که بر روی شفت یا چرخ تصب شده‌است یا به وسیله حلقه مغناطیسی تأمین شود. حسگر دما و فشار : حسگر با خروجی خطی این امکان را می‌دهد که پارامترهای دیگری به جز مکان و جریان را اندازه گرفت. زمانی که سنسور خطی با نیروی مغناطیسی ترکیب می‌شود می‌تواند برای اندازه‌گیری دما یا فشار به کار رود. اگر سنسور در نزدیکی قسمت مغناطیسی قرار گرفته باشد ولتاژ خروجی متناسب با فشار ورودی می‌توان به دست آورد. طرز کار اندازه‌گیری دما نیز مشابه فشار است به غیر از اینکه گاز با انبساط حرارتی مشخصی در قسمت بلو قرار گرفته‌است و هنگامی که محفظه گرم می‌شود و گاز منبسط می‌شود و باعث ایجاد ولتاژی که متناسب با دما برای سنسور می‌کند. کارت خوان مغناطیسی : سیستم امنیتی قفل در می‌تواند با با استفاده از سنسور خروجی خطی ι کارت‌های مغناطیسی و مدارات میکروپروسسورهای خطی مانند شکل زیر طراحی شود. شکل حسگر اتومبیل: در شکل زیر بسیاری از جاهایی که حسگر اثر هال می‌تواند به کار رود مانند مانیتورینگ ι تعین مکان یا وسایل فیدبک امنیتی برای صنعت خودروسازی به کار رود. هر دو سنسور خروجی خطی و دیجیتال در این کاربردها استفاده می‌شود مانند اندازه‌گیری فلو حسگر جریان٬حسگر مکان٬قفل در ٬حسگر فشار٬حسگرRPM و غیره. | ## جمع‌بندی | سنسورهای لرزشی همچنین نگاه کنید به پدیده اثر هال ویدئویی که با استفاده از سنسور اثر هال ugn موقعیت‌یاب یک موتور ساخته شده و تبدیل به سرو موتور شده‌است.