Egy kicsit a csarnok, a tartalom platform hatásáról

Egy kicsit a Hall-effektusról

A Hall-effektust az amerikai fizikus Edwin Hall 1879-ben fedezte fel.
A Hall-effektus lényege, hogy amikor egy áramlat folyik a lemezen egy hosszanti irányban egy mágneses mező hatása alatt, a lemez szélein keresztirányban potenciális különbség jelenik meg. amit a Lorentz törvénye okoz (a mágneses mező hatására a táplálók a lemez szélére kerülnek). Ez a potenciálkülönbség (EMF) arányos a térerősség és a H • I. vektortermék nagyságával.

Mágneses mező hiányában az elektronáram nem torzul. Mágneses mező jelenlétében a Lorentz-erőket elektronok definiálják, és pályájuk hajlított. A pályák ezen iránya negatív töltések megjelenéséhez vezet a lemez egyik oldalán. Ellenkező oldalon felhalmozódik a kompenzálatlan pozitív töltés. A lemez ellentétes oldalain lévő töltések felhalmozódása egy keresztirányú elektromos mező megjelenését eredményezi, amelyet Hall mezőnek neveztek. Ez a töltés felhalmozódása addig folytatódik, amíg az eredményül kapott keresztirányú EMF kompenzálja a mágneses mező által létrehozott erőket. Ezt követően egy álló folyamat áll rendelkezésre, amelyben az elektronok a lemez felületével párhuzamosan mozognak, mint mágneses mező hiányában.

Ha a mágneses mező jelenlétében áramlik a fémen, az áram áramot hoz létre, amely merőleges a mag áramára és a mágneses mező erővonalaira.

Amikor az elektromos töltés mágneses térben mozog, akkor az elhajló erő hat rá. Ez ezen az elven alapuló munkáját, mint a kísérleti létesítmények szinkrotronból széles körben használják a kutatás területén az elemi részecske fizika, ahol a töltött részecskék csapdába esett egy toroid (fánk alakú) mágneses csapda, és légy egy kört benne. Egy kis méretű, ezt a hatást használjuk fel a mikrohullámú berendezésben - ez elektronok kering a mágneses mező, termelnek a mikrohullámú sugárzás, felmelegedés élelmiszer.

Képzeljük el, hogy az asztalon előtted egy darab elektromos vezetékekből és a mágneses mező merőleges síkja az asztal tetején. Ha a vezeték áramot engedünk, a mágneses mező hatására a töltés belül a vezeték eltérni egy irányban (jobbra vagy balra a jelenlegi irányba, attól függően, a tájékozódás a mágneses mező és a polaritás a díjak). Eltolása irányában egyenes vonalú mozgás belül a karmester, a díjak felhalmozódnak a határ menti övezetben, amíg kölcsönös elektrosztatikus taszító közöttük felmerülő azáltal, hogy a Coulomb törvény, nincs ellensúlya az előfeszítő erőt a mágneses mező az aktuális. Miután ez az áram ismét fog folyni egyenes, hanem a vezető felmerül egy elektromos potenciál különbsége merőleges síkban mind a jelenlegi irány és a mágneses erővonalak miatt újraelosztása elektromos töltések a vezeték keresztmetszeti síkban, és a nagysága ezt a potenciális különbség arányos az aktuális erő és feszültség mágneses mező.

A Hall-effektus egy keresztirányú potenciálkülönbség (más néven Hall-feszültség) megjelenésének jelensége, amikor egy egyenáramú vezetéket mágneses mezőbe helyezünk. Az 1870-ben megnyílt E. Hall az arany vékony lemezekben.

A Hall-effektus nagyon egyszerűen így néz ki. Tegyük fel, hogy egy fémrúd egy gyenge mágneses mező B áramló elektromos áram hatására mágneses mező intenzitása E. elhajlik a töltéshordozók (elektronok számára meghatározottsága) a saját mozgását mentén vagy az ellen az elektromos mező, hogy egyik felülete a fa. Ebben az esetben a kicsi kritérium lesz az a feltétel, hogy ebben az esetben az elektron nem indul a cikloid mentén.

Így a Lorentz ereje a negatív töltés felhalmozódásához vezet a sáv egyik oldalánál, és a közelben lévő pozitív. A töltés felhalmozódása addig folytatódik, amíg az E1 töltés elektromos mezője nem kompenzálja a Lorentz erő mágneses összetevőjét:

Az v elektronsebességet az áramsűrűségben lehet kifejezni:

ahol n a töltéshordozók koncentrációja. majd

Az E 1 és jB közötti arányossági együtthatót a Hall együtthatójának (vagy állandónak) nevezik. Ebben közelítés, a csarnok állandó jel függ a jel a töltéshordozók, amely lehetővé teszi számukra, hogy milyen típusú nagyszámú fémek. Egyes fémek (például alumínium. Cink, vas, kobalt) erős területeken van egy pozitív jel RH. ami egy szilárd anyag félklasszikus és kvantumelméleteiben magyarázható.

A Hall effektus leírása

A kompenzációs típusú érzékelők és a közvetlen erősítő érzékelők a Hall-effektuson alapulnak, amelyet 1979-ben az amerikai fizikus Edwin Herbert Hall fedezett fel.

A Hall-effektust a Lorentz-erő okozza, amely a vezetőben elektromos töltések mozgatható hordozóira hat, amikor az aktuális irányra merőleges mágneses mező hatással van rájuk.
A félvezető vékony lemezét az Ip szabályozó áram mentén metszi (1. A B mágneses fluxus a Lorentz erő FL-t állítja fel, amely merőleges a mobil töltéshordozók irányára, amelyek az áramot alkotják. Ez a töltőhordozók számának változását eredményezi a lemez mindkét végén, és potenciális különbséget eredményez, azaz a Hall feszültség UH. Az ilyen eszközt Hall-generátornak hívták.

Közvetlen erősítés érzékelők a Hall-effektus alapján

A mágneses indukció B és a Hall feszültség az Ip mért primer áram által jön létre, amelyet az érzékelő kimeneti áramának kell átalakítani. A szabályozó áramot stabilizált áramforrás táplálja. (2. ábra) A mért jelet felerősítik és a feszültség vagy áram formájában lévő érzékelő kimenetétől (a tervezéstől függően) további feldolgozásra használják. Az ötödik erősítés érzékelői képesek DC, váltakozó áram és más formájú áramok mérésére. Galvanikusan el vannak választva a mért áram forrásától.
A kompenzációs típusú érzékelők (a továbbiakban: nulla áramlásérzékelők) 100% -os visszacsatolással rendelkeznek a beépített kompenzációs áramkör miatt. És így tovább.

Anyagok Hall szenzorok gyártásához

A DC gyártásához szánt félvezető anyagnak nemcsak a Hall konstans magas, de a lehető legkisebb hőmérsékletfüggő értékei, valamint az aktuális hordozók mobilitása kell, hogy legyen. A DX félvezető anyagának megválasztását az alkalmazás területe szabja meg.

Rendszerint az elektronikus vezetőképességű félvezetőket használják, mivel jelentősekóA töltőhordozók nagyobb mozgása, mint a lyukvezetésű félvezetők. Hangsúlyozni kell, hogy mindegyik félvezető anyag tulajdonságai a bejövő szennyezések típusától és mennyiségétől függően jelentősen eltérőek lehetnek.

A kristályos érzékelők általában a germániumból, szilíciumból, a Mendeleyev rendszeres rendszer harmadik és ötödik csoportjába tartozó félvezető vegyületekből, indium antimonidból készülnek. arzén indium. gallium-arzenid. valamint egy szilárd oldat, az In (As0.8P0.2) terner vegyület.

DC és AC érzékelők:

Az áramérzékelőket úgy tervezték, hogy egyenáramú vagy váltakozó áramú áramokat mérjenek a tápfeszültség áramkörének és vezérlőáramainak galvanikus leválasztásával.
Az áramérzékelők kialakítása magában foglal egy mágneses áramkört résszel és kompenzáló tekercseléssel, Hall-érzékelővel és elektronikus jelfeldolgozó kártyával. A mágnesesen érzékeny Hall-érzékelő rögzítve van a mágneses áramkörben, és az elektronikus erősítő bemenetéhez van csatlakoztatva.
Amikor a mért áram áramlik a mágneses áramkör által lefedett gumiabroncson, a mágneses indukció az utóbbi esetben indukálódik. Hall-szenzor, amely reagál a mágneses mező keletkezett, feszültséget hoz létre, arányos nagysága az indukált mágneses indukció. Az érzékelő kimeneti jelét egy elektronikus erősítő erősíti meg, és a kompenzációs tekercsbe kerül. Ennek eredményeképpen a tekercselés során egy kompenzáló áram folyik, arányosan a mért áramerősség nagyságrendjében és annak megfelelő alakban. A kompenzációs tekercs létrejött mágneses mezője kompenzálja a mért áram mágneses mezőjét, és a Hall-érzékelő zéró szervként működik. Ebben az esetben az ilyen áramérzékelő által átvitt frekvenciasáv 0 Hz (egyenáram) és 200 kHz között van.

AC érzékelők:
Az eszközök költségének csökkentése érdekében egy sor érzékelőt fejlesztettek ki, és sorozatban gyártották az 50 Hz-es áramváltó áramának mérésére. Az ilyen érzékelők áramváltóból és elektronikus jelfeldolgozó kártyából állnak. A fogyasztók kényelme érdekében különböző típusú érzékelők állíthatók elő, amelyek a kimeneti jel formájában eltérnek egymástól:
1 opció - az érzékelő kimeneti feszültsége a mért áramhoz viszonyítva;
2. változat - az érzékelő kimeneti feszültséggel arányos a mért áram aktuális értékével;
3 változat - a standard áramkimenet 4/20 mA (0/20 mA), arányos a mért áram aktuális értékével.

Levehető áramérzékelők:
Az áramellátó berendezések felügyelete során a folyamatos működésű vállalkozásoknál végzett javítási munkák és számos egyéb esetben olyan áramérzékelőket igényelnek, amelyek lehetővé teszik az áramkörök megszakítása nélküli telepítését. Ebből a célból kifejlesztettünk és gyártunk split áramérzékelőket, azaz olyan érzékelőket, amelyek közvetlenül összeszerelve és telepítve vannak az aktuális buszon. Jelenleg kétfajta ilyen érzékelőt gyártanak kereskedelmi forgalomban:
1. Érzékelő DC és AC áramerősség mérésére 1500 A-ig. Tervezett 80x10 mm-es sík busszal történő felszerelésre.
2. AC mérőérzékelő 19 x 19 mm-es ablakkal.

Aktuális érzékelők
A Lineáris Hall szenzorok a 250 mA-től az ezerezer-es áramerősségmérők részeként használhatók. Az ilyen érzékelők legfontosabb előnye a mért áramkörhöz való elektromos kapcsolat hiánya. A lineáris érzékelők lehetővé teszik az állandó és váltakozó áramok mérését, beleértve a meglehetősen nagy frekvenciájú áramokat. Ha a Lineáris Hall-érzékelő a vezeték közelében lévő árammal van elhelyezve, az érzékelő kimeneti feszültsége arányos a vezetőt körülvevő mágneses mező indukciójával. Az indukció nagysága viszont arányos az árammal.

Ábra.6 Aktuális érzékelők tervezése

A legegyszerűbb esetben az áramérzékelő egy olyan kialakítás, amelyben a Hall-érzékelő egy olyan vezeték közelében van elhelyezve, amelyen keresztül a mért áram áramlik (6a. Az ilyen szenzorokat nagy áramerősség mérésére használják, különösen az áramvezetékeknél.

A B indukciót a következő képlet határozza meg:

ahol r az érzékelő érzékeny régiójának középpontja és a vezető szimmetriatengelye méterben mért távolsága. Az áramérzékelő érzékenysége jelentősen megnövelhető egy mágneses fluxus-koncentrátor segítségével, egy mágneses mag formájában, amely egy résszel rendelkezik, amelybe egy lineáris Hall-érzékelő van elhelyezve (6b. Ábra). Ebben az esetben a mágneses fluxus indukálása az érzékelőn keresztül:

A Hall szenzorok fő jellemzői

Lineáris érzékelők.
A teljes kimeneti skála megfelel a kimeneti feszültségtartománynak, amelyben a nem linearitás nem hagyja el a megadott határértékeket. A tápfeszültség része.

A mért indukció tartománya. amelyet a gyártó a gausses vagy millislates-ben állít be.

Érzékenység. amelyet az átalakítási jellemző meredeksége az mV / Gs vagy az mV / mT.

Az átalakítási karakterisztika linearitási hibája az érzékelő átalakításának statikus jellemzőjének eltérése egy ideális egyenes vonalról adott nyomás tartományban. A linearitási hiba meghatározásának egyik módja a legkisebb négyzetek módszerének alkalmazása, amely matematikailag egyenes vonalat biztosít a legjobb közelítéshez az adatpontoknál. A teljes skála százalékában kifejezve.

A nulla mágneses mező feszültsége - a kimeneti feszültség értéke, amely megfelel a mágneses mező hiányának.

A nulla nulladási hőmérséklet a hőmérsékletváltozás által okozott nulla feszültség változása. A 25 ° C-nak megfelelő nulla feszültség% / ° C-ban van megadva.

A hőmérséklet-érzékenység csökkenése a hőmérsékletváltozás által okozott érzékenység változása. A 25 ° C-os teljes skálafeszültség% / ° C-ban van megadva.

Válaszidő. a kimeneti jel változtatásának időpontja, amikor a mágneses mező hirtelen megváltozik, a növekmény állandósult értékének 10% -ról 90% -ára.

A sávszélesség fS értékét az érzékenység csökkenése 3 dB-vel csökkenti a kis jel üzemmódban.