Het Hall-effect Begrijpen en Hoe Hall-effect Sensoren Werken

In deze tutorial leer je wat het Hall-effect is en hoe Hall-effect sensoren werken. Je kunt de volgende video bekijken of de geschreven tutorial hieronder lezen.

Overzicht

Het Hall-effect is de meest voorkomende methode om magnetische velden te meten en Hall-effect sensoren zijn erg populair en hebben veel hedendaagse toepassingen. Ze kunnen bijvoorbeeld in voertuigen worden gevonden als wiel-snelheidssensoren en als krankas- of nokas-positie-sensoren. Ook worden ze vaak gebruikt als schakelaars, MEMS-kompassen, nabijheidssensoren en meer. Nu gaan we door enkele van deze sensoren en zien hoe ze werken, maar eerst laten we uitleggen wat het Hall-effect is.

Wat is het Hall-effect?

Hier is het experiment dat het Hall-effect uitlegt: Als we een dunne geleidende plaat hebben, zoals geïllustreerd, en we laten er stroom doorheen vloeien, dan zouden de ladingsdragers in een rechte lijn van de ene naar de andere kant van de plaat vloeien.

Nu, als we een magnetisch veld in de buurt van de plaat brengen, verstoren we de rechte stroom van de ladingsdragers door een kracht, de Lorentz-kracht genoemd. In zo'n geval buigen de elektronen naar de ene kant van de plaat en de positieve gaten naar de andere kant. Dit betekent dat als we nu een meetapparaat tussen de andere twee kanten plaatsen, we een spanning zullen meten die afgelezen kan worden.

Het effect van het verkrijgen van een meetbare spanning, zoals we hierboven uitlegden, heet het Hall-effect, naar Edwin Hall die het in 1879 ontdekte.

Hall-effect Sensoren

Het basiselement van de Hall-effect magnetische sensoren levert meestal een heel kleine spanning van slechts een paar microvolt per Gauss, daarom worden deze apparaten meestal gefabriceerd met ingebouwde versterkers met hoge versterking.

Er zijn twee typen Hall-effect sensoren: een met analoog en een met digitaal uitgang. De analoge sensor bestaat uit een spanningsregelaar, een Hall-element en een versterker. Uit het schema kunnen we zien dat de uitgang van de sensor analoog is en evenredig met de uitgang van het Hall-element of de sterkte van het magnetische veld. Deze type sensoren zijn geschikt en worden gebruikt voor nabijheidsmetingen vanwege hun continue lineaire uitgang.

Aan de andere kant leveren de digitale uitgangssensoren slechts twee uitgangstoestanden: "AAN" of "UIT". Deze sensoren hebben een additioneel element, zoals geïllustreerd in het schema. Dat is de Schmitt-trigger die hysteres of twee verschillende drempelwaarden biedt, zodat de uitgang ofwel hoog ofwel laag is. Voor meer details over hoe de Schmitt-trigger werkt, kun je mijn specifieke tutorial daarover raadplegen.

Een voorbeeld van dit type sensor is de Hall-effect schakelaar. Ze worden vaak gebruikt als limietschakelaars, bijvoorbeeld in 3D-printers en CNC-machines, evenals voor detectie en positionering in industriële automatiseringssystemen.

Andere hedendaagse toepassingen van deze sensoren zijn het meten van wiel/rotor-snelheid of RPM en het bepalen van de positie van de krankas of nokas in motorsystemen. Deze sensoren bestaan uit een Hall-element en een permanent magnet die dicht bij een getande schijf op de draaiende as worden geplaatst.

De afstand tussen de sensor en de tanden van de schijf is erg klein, zodat elke keer dat een tand voorbij de sensor passeert, het omringende magnetische veld verandert, wat ervoor zorgt dat de uitgang van de sensor hoog of laag wordt. De uitgang van de sensor is dus een blokgolfsignaal dat gemakkelijk gebruikt kan worden voor het berekenen van de RPM van de draaiende as.