سنسور اثر هال (Hall Effect Sensor)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
سنسور اثر هال (Hall Effect Sensor) :
سنسور اثر هال بر اساس پدیده ای به نام اثر هال (Hall Effect) کار می کند. این اثر در سال ۱۸۷۹ توسط ادوین هال کشف شد. هنگامی که یک جریان الکتریکی از یک نیمه هادی (یا رسانا) عبور می کند و یک میدان مغناطیسی عمود بر جهت جریان اعمال می شود، یک ولتاژ کوچک (ولتاژ هال) در جهت عمود بر هر دو (جریان و میدان) ایجاد می شود. این ولتاژ حاصل نیروی لورنتس بر روی حامل های بار (الکترون ها یا حفره ها) است که آنها را به یک سمت ماده منحرف می کند.
ولتاژ هال (
\[ V_H \]) از رابطه
\[ V_H = \frac{R_H I B}{t} \]به دست می آید که
\[ R_H \]ضریب هال (وابسته به جنس و نوع نیمه هادی)،
\[ I \]جریان عبوری،
\[ B \]چگالی شار مغناطیسی عمود بر صفحه سنسور، و
\[ t \]ضخامت ماده است. در سنسورهای هال مدرن، از لایه های نازک نیمه هادی (معمولا سیلیکون) برای افزایش حساسیت استفاده می شود. ولتاژ هال بسیار کوچک است (چند میلی ولت) و نیاز به تقویت دارد، بنابراین سنسورهای هال معمولا به صورت مجتمع با تقویت کننده و مدارات شرطی سازی ساخته می شوند.
\[ V_H = \frac{R_H I B}{t} \]انواع سنسورهای اثر هال:
سوئیچ هال (Hall Switch): خروجی دیجیتال (۰ یا ۱) دارد. وقتی شدت میدان مغناطیسی از یک آستانه (آستانه راه اندازی) عبور کند، خروجی تغییر وضعیت می دهد. معمولا دارای هیسترزیس (تفاوت بین آستانه راه اندازی و آستانه قطع) برای جلوگیری از نوسان است. برای تشخیص وجود یا عدم وجود میدان، شمارش پالس (در انکودرها) و سنسورهای مجاورتی استفاده می شود.
خطی (Linear Hall Sensor): خروجی آنالوگ متناسب با شدت میدان مغناطیسی ارائه می دهد. برای اندازه گیری دقیق موقعیت، جریان و میدان مغناطیسی استفاده می شود.
نوع با قفل (Latch): مشابه سوئیچ، اما با حذف میدان، حالت خروجی تا رسیدن به آستانه مخالف حفظ می شود (برای شمارش سرعت چرخش).
مزایا: غیرتماسی (عمر طولانی)، سرعت پاسخ بالا، اندازه کوچک، هزینه پایین، قابلیت کار در فرکانس های بالا (تا چند صد کیلوهرتز)، و مصونیت نسبی در برابر آلودگی. معایب: حساسیت به دما (نیاز به جبران سازی در برخی کاربردها) و محدودیت در اندازه گیری میدان های مغناطیسی بسیار ضعیف.
کاربردها بسیار گسترده است: انکودرهای مغناطیسی (تشخیص چرخش چرخ در خودرو برای ABS)، سنسورهای موقعیت (دریچه گاز، پدال، فرمان)، تشخیص جریان الکتریکی (با اندازه گیری میدان اطراف سیم)، سنسورهای مجاورتی، موتورهای بدون جاروبک (BLDC) برای تشخیص موقعیت روتور، صفحه کلیدهای صنعتی، و اندازه گیری زاویه. سنسورهای هال جزء جدایی ناپذیر الکترونیک مدرن هستند.
