سنسور اثر هال چیست؟

سنسور اثر هال چیست؟

اثر هال در سال 1879 توسط ادوین هال کشف شد. او به این نتیجه رسید که وقتی هادی حامل جریان در معرض میدان مغناطیسی قرار می گیرد، ولتاژی عمود بر جریان و میدان مغناطیسی ایجاد می‌شود. این ولتاژ که به ولتاژ هال معروف است، با مقدار شدت میدان مغناطیسی متناسب است. با استفاده از مبانی این کشف بزرگ، سنسور اثر هال ساخته شد. در این مقاله، ابتدا به معرفی سنسور اثر هال و نحوه عملکرد آن می‌پردازیم و سپس در ادامه، انواع سنسور اثر هال و کاربردهای آن را مورد بحث و بررسی قرار می‌دهیم.

سنسور اثر هال چیست؟

سنسور اثر هال از یک نوار نازک از مواد رسانا با ترمینال‌های خروجی متصل به کناره‌های نوار رسانا تشکیل شده است. هنگامی که یک میدان مغناطیسی عمود بر صفحه سنسور اعمال می‌شود، ولتاژی متناسب با شدت میدان مغناطیسی در خروجی این سنسور ایجاد می‌گردد.

در واقع، سنسور اثر هال یک مبدل واسط است که اندازه میدان مغناطیسی را اندازه گیری می‌کند. بدین ترتیب، این سنسور می‌تواند با اندازه گیری جریان یا میدان مغناطیسی و تبدیل آن به ولتاژ متناسب و خطی، مقدار جریان را بدون تماس فیزیکی اندازه گیری کند.

نحوه عملکرد سنسور اثر هال

از مزایای اصلی سنسورهای اثر هال می‌توان به ساخت ساده، اندازه کوچک، هزینه کم و قابلیت کار در محیط های سخت اشاره کرد. این سنسورها ثابت هستند و فاقد قطعات متحرک می‌باشند. علاوه بر این، به راحتی می‌توانند در مدارهای الکترونیکی مورد استفاده قرار گیرند.

اجزای سنسور اثر هال

سنسور اثر هال از سه بخش اساسی تشکیل شده است که عبارتند از:

1) نوار نازکی از مواد رسانا (مانند سیلیکون، آرسنید ایندیم، آنتی‌مونید ایندیم)

2) یک منبع جریان ثابت که جریانی را از طریق نوار رسانا اعمال می‌کند.

3) ترمینال‌های خروجی که برای اندازه گیری ولتاژ هال به طرفین نوار رسانا متصل می‌شوند.

انواع سنسور اثر هال

سنسورهای اثر هال تجاری در دو نوع دیجیتال و آنالوگ وجود دارند. در ادامه، این دو نوع سنسور و ویژگی‌های آن‌ها به طور کامل توضیح داده شده است:

1) سنسور اثر هال دیجیتال

در این نوع سنسورها با بالا رفتن میدان مغناطیسی از مقدار مرجع مشخص، خروجی سنسورها به صورت صفر یا یک تغییر می‌کند. در این سنسورها، اگر میدان مغناطیسی از حد معینی بالاتر رود، سنسور روشن شده و خروجی یک منطقی به ما تحویل می‌دهد. همچنین وقتی میدان مغناطیسی از حدی کاهش یابد، سنسور خاموش شده و خروجی صفر منطقی خواهد داشت. در تصویر زیر یک نمونه سنسور دیجیتال با اتصالات تغذیه نمایش داده شده است:

سنسور اثر هال دیجیتال

2) سنسور اثر هال آنالوگ

بر خلاف سنسورهای اثر هال دیجیتال، که در خروجی خود حالت صفر و یک دارند، سنسورهای آنالوگ می‌توانند شدت میدان مغناطیسی سنس شده را به صورت ولتاژ پیوسته و خطی در خروجی خود تولید کنند. در این سنسورها از یک آپ امپ به منظور تقویت سیگنال ولتاژ آنالوگ به منظور قابل استفاده بودن در مدارات مختلف استفاده شده است. در تصویر زیر یک نمونه سنسور اثر هال آنالوگ و اتصالات مربوطه را مشاهده می‌فرمایید:

سنسور اثر هال آنالوگ

کاربرد سنسور اثر هال

از سنسور اثر هال به طور گسترده در کاربردهای مختلف استفاده می شود. در ادامه چندین کاربرد مهم این نوع سنسور بیان شده است:

1) تشخیص موقعیت

برای تشخیص موقعیت یک شفت در حال چرخش از سنسور اثر هال استفاده می‌شود.

2) اندازه گیری جریان

این سنسور می‌تواند مقدار جریان عبوری از یک رسانا را اندازه گیری کند.

3) سنسور مجاورت

جهت تشخیص حضور و مجاورت اجسام مغناطیسی و فلزی نیز می‌توان از سنسور اثر هال استفاده کرد.

4) سنجش سرعت و دور در دقیقه

از سنسور اثر هال برای اندازه گیری سرعت چرخش شفت نیز می‌توان استفاده کرد.

5) کنترل موتور DC بدون جاروبک (BLDC)

برای تشخیص موقعیت روتور موتور BLDC به منظور کنترل موتور و اعلام موقعیت روتور به برد پردازنده و کنترل BLDC از سنسور اثر هال استفاده می‌شود.

جمع بندی

در این مقاله، توضیحات مهمی در مورد سنسورهای اثر هال، انواع مختلف آن، همچنین نحوه عملکرد و ساختار داخلی آن ارائه گردید. همچنین کاربردهای مختلف این قطعه در الکترونیک و مدارات اندازه گیری جریان و میدان مغناطیسی به طور کامل توضیح داده شد.

تمامی موارد فوق را به صورت عملی همراه با نکات تجربی دیگر در مورد سنسور اثر هال و انواع آن به طور کامل در دوره جامع آموزش الکترونیک بررسی کرده‌ایم.

در پایان، ممنون که همراه ما بودید. هر سوال یا ابهامی در مورد مطالب ارائه شده در این مقاله دارید حتما در کامنت ها بنویسید، به تمام سوالات پاسخ داده میشه. اگه انتقاد یا پیشنهادی هم داشتید ممنون میشم با ما در میان بزارید.

منابع: Electronics Tutorials Fierce Electronics

سجاد قابلی

73 مطلب منتشر شده

سجاد قابلی هستم، دکترای الکترونیک قدرت. اینجا هستم تا باهم کلی تجربه ی خوب در مورد برق و الکترونیک به دست بیاریم.

درباره این مطلب نظر دهید !