سنسورهای اثر هال - بخش دوم

بنــــــــــام خــــدا

بخش اول بررسی این دسته سنسورها را میتوانید از اینجا بخوانید.

سنسور اثر هال، مبدلی است که ولتاژ خروجیش نسبت به تغییرات میدان مغناطیسی اطرافش تغییر میکند. بیشترین کاربرد این سنسورها در سوئیچهای مجاورتی Proximity Switch ، سرعت سنج، و کاربردهایی نظیر سنسورهای جریان الکتریکی است. در ساده ترین شکل، این نوع سنسورها بعنوان مبدل آنالوگ عمل میکنند و مستقیماً ولتاژ متناظر با میدان اعمال شده را بوجود میآورند. با مشخص بودن میدان مغناطیسی اعمال شده، فاصله صفحه اثر هال تا میدان اعمالی را میتوان تعیین کرد. به کمک گروهی از سنسورهای اثر هال، موقعیت نسبی میدان را میتوان بدست آورد.

سنسورهای اثر هال را میتوان علاوه بر کاربردهای فوق در وسایل اندازه گیری و حسگرهای دیگری نیز یافت. بطورکلی هر جاییکه کمیت مورد اندازه گیری یا قابل حس شدن به نوعی با میدان مغتاطیسی مرتبط باشد ، از سنسور هال میتوان استفاده نمود. ولتاژ هال متناسب با حاصلضرب بردارهای متقاطع جریان (I) و میدان مغناطیسی (B) است.

کاربردی از سنسور اثرهال: سیلیکون بعنوان یک ماده پیزوالکتریکی این قابلیت را دارد که مقاومت الکتریکی آن با فشار وارده به آن تغییر کند. با کمک سنسور هال میتوان این اثر را به حداقل رساند. اینکار را میتوان با اضافه نمودن چند سنسور هال به یا کنار چیپ سیلیکونی انجام داد. در شکل 3 تعدادی سنسورهال در مجاورت یک آی سی قرار داده شده اند. به این سنسورها نیز همان فشاری وارد میشود که به بسته بندی(Package) چیپ سلیکونی اعمال میگردد. این فشار با ∆R در شکل مشخص شده است. اولین سنسور هال توسط فشار ناشی از محور عمودی و دومی بوسیله فشار محوری افقی تحریک می شوند. برآیند ایندو نیرو بصورت سیگنال خروجی متناسب با فشار اعمال شده قابل اندازه گیری است.

 

شکل سه – المان هال برای حذف یا به حداقل رساندن اثر فشار به بدنه  آی سی

 

اساس کار سنسورهای هال

 سنسورهای هال به نوعی همان سنسورهای میدان مغناطیسی هستند. این سنسورها به Signal Conditioning نیاز دارند تا خروجی قابل استفاده برای بیشتر کاربردها را ایجاد کنند. Signal Conditioning ها طبقه های تقویت کننده ای شامل جبران ساز حرارتی هستند. همچنین هنگامی که تغییرات ولتاژ زیاد باشد به تنظیم کننده ولتاژ نیاز دارند. شکل چهار یک سنسور اثر هال بهمراه سیگنال کاندیشنینگ و تنظیم کننده ولتاژ را نشان میدهد.

شکل چهار – سنسور اثر هال

هنگامیکه میدان مغناطیسی وجود ندارد ولتاژ هال اندازه گیری شده صفر خواهد بود (به شکل یک در اینجا مراجعه کنید) درحالیکه ولتاژ تک تک ترمینالها نسبت به زمین صفر نخواهد بود. تقویت کننده نشان داده شده در شکل 4 یک تقویت کننده تفاضلی است و تنها اختلاف پتانسیل دو سر المان هال (ولتاژ هال) را تقویت میکند.

ولتاژ هال یک سیگنال بسیار ضعیف است ( در حدود 30 میکروولت برای یک گاوس میدان مغناطیسی). در نتیجه به تقویت کننده نویز پایین، با امپدانس ورودی بالا و گین متوسط نیاز است. همانطوریکه از رابطه ولتاژ هال (حاصلضرب بین جریان و میدان مغناطیسی) پیداست، المان هال نیاز به جریان ثابت دارد تا تغییرات ولتاژ هال دقیقاً متناظر با شدت میدان مغناطیسی باشد. دلیل بکار گیری رگولاتور در شکل 4 نیز همین است. 

در قسمت بعدی به بحث پیرامون مشخصات سنسورهای اثر هال خواهیم پرداخت.

برای نوشتن بخشی از مطالب سنسورهای اثر هال از جزوه های آموزشی شرکت Honeywell استفاده شده است.

هرگونه نقل قول و اقتباس از مطالب این وبلاگ تنها با ذکر منبع مجاز است.