تطبيقات مستشعر القاعة

في عام 1879 ، أثناء عمله على أطروحة الدكتوراه في جامعة جونز هوبكنز ، أجرى الفيزيائي الأمريكي إدوين هربرت هول تجربة باستخدام لوحة ذهبية. قام بتمرير تيار عبر الصفيحة عن طريق وضع الصفيحة نفسها على الزجاج ، بالإضافة إلى ذلك ، تعرضت اللوحة لعمل مجال مغناطيسي موجه بشكل عمودي على مستواها ، وبالتالي يكون عموديًا على التيار.

في الإنصاف ، تجدر الإشارة إلى أنه في هذا الوقت كان هول منخرطًا في حل مسألة ما إذا كانت مقاومة الملف الذي من خلاله التدفقات الحالية تعتمد على الوجود بجواره المغناطيس الدائموضمن هذا العمل أجرى العلماء آلاف التجارب. نتيجة لتجربة الصفيحة الذهبية ، تم العثور على فرق جهد معين عند الحواف الجانبية للوحة.

يسمى هذا الجهد بجهد هول ... يمكن وصف العملية تقريبًا على النحو التالي: تتسبب قوة لورنتز في تراكم شحنة سالبة بالقرب من إحدى حواف اللوحة وشحنة موجبة بالقرب من الحافة المقابلة.نسبة جهد هول الناتج إلى قيمة التيار الطولي هي خاصية للمادة التي يتكون منها عنصر هول معين ، وتسمى هذه القيمة «مقاومة القاعة».

يعمل تأثير هول كطريقة دقيقة إلى حد ما لتحديد نوع حاملات الشحنة (ثقب أو إلكترون) في أشباه الموصلات أو المعدن.

استنادًا إلى تأثير هول ، فإنهم ينتجون الآن مستشعرات القاعة ، وهي أجهزة لقياس قوة المجال المغناطيسي وتحديد قوة التيار في السلك. على عكس المحولات الحالية ، تتيح مستشعرات Hall قياس التيار المباشر أيضًا. وبالتالي ، فإن مجالات تطبيق مستشعر تأثير هول تكون بشكل عام واسعة جدًا.

نظرًا لأن جهد Hall صغير ، فمن المنطقي فقط توصيل أطراف جهد Hall مكبر تشغيلي... للاتصال بالعقد الرقمية ، تُستكمل الدائرة بمشغل شميت ويتم الحصول على جهاز عتبة ، يتم تشغيله عند مستوى معين من شدة المجال المغناطيسي. تسمى هذه الدوائر مفاتيح هول.

غالبًا ما يتم استخدام مستشعر القاعة بالاقتران مع مغناطيس دائم ويتم تشغيله عندما يقترب المغناطيس الدائم من المستشعر ضمن مسافة محددة مسبقًا.

تعتبر مستشعرات القاعة شائعة جدًا في المحركات الكهربائية بدون فرش أو الصمامات (محركات مؤازرة) ، حيث يتم تثبيت المستشعرات مباشرة على الجزء الثابت للمحرك وتعمل كمستشعر موضع الدوار (RPR) الذي يوفر ملاحظات حول موضع الدوار ، على غرار المجمع في المجمع محرك بتيار مستمر.

من خلال تثبيت مغناطيس دائم على العمود ، نحصل على عداد دوران بسيط ، وأحيانًا يكون تأثير التدريع للجزء المغنطيسي الحديدي نفسه على التدفق المغناطيسي لـ المغناطيس الدائم... التدفق المغناطيسي الذي يتم تشغيل مستشعرات Hall منه عادةً هو 100-200 Gauss.

تم تصنيع مستشعرات القاعة ثلاثية الأسلاك بواسطة صناعة الإلكترونيات الحديثة ، وتحتوي على ترانزستور n-p-n مفتوح التجميع في عبوتها. في كثير من الأحيان ، يجب ألا يتجاوز التيار عبر الترانزستور لمثل هذا المستشعر 20 مللي أمبير ، لذلك من أجل توصيل حمولة قوية ، من الضروري تثبيت مكبر للصوت الحالي.

عادة لا يكون المجال المغناطيسي للموصل الحامل للتيار قويًا بما يكفي لتشغيل مستشعر هول ، نظرًا لأن حساسية هذه المستشعرات هي 1-5 مللي فولت / ج ، وبالتالي ، لقياس التيارات الضعيفة ، يتم جرح الموصل الحامل للتيار تم تركيب قلب حلقي به فجوة ومستشعر هول بالفعل في الفجوة ... لذلك مع وجود فجوة 1.5 مم ، سيكون الحث المغناطيسي الآن 6 جيغا / أ.

لقياس التيارات فوق 25 أ ، يمر الموصل الحالي مباشرة عبر النواة الحلقية. يمكن أن تكون المادة الأساسية ألسيفر أو حديدي إذا تم قياسها تيار عالي التردد.

تعمل بعض المحركات النفاثة الأيونية على أساس تأثير هول وتعمل بكفاءة عالية.

تأثير القاعة هو أساس البوصلات الإلكترونية في الهواتف الذكية الحديثة.