센서 - 한 물리량을 다른 물리량으로(일반적으로 전기로) 변환기는 가정 및 산업 장비에 널리 사용됩니다. 그것들이 없으면 압력 및 유량(기체 또는 액체), 온도, 레벨, 자기장 또는 전기장 강도 등 가장 널리 사용되는 센서 중 하나는 홀 센서입니다. 이 센서는 일상 생활(스마트폰 또는 노트북에서 시작)과 가장 복잡한 산업 기술 모두에서 사용됩니다.
홀 효과 - 작동 원리
이 효과는 1879년 미국 물리학자 Edwin Hall에 의해 발견되었고 그의 이름을 따서 명명되었습니다.현상의 본질은 금속판을 잡고 전류를 통과시킨 다음(그림에서 AB 방향), 예를 들어 영구 자석에 의해 생성된 자기장으로 판에 작용하면, 그런 다음 전류의 흐름에 수직인 방향(그림의 CD)에는 전위차가 있습니다.
이 효과는 움직이는 전하에 작용하고 운동 방향에 수직인 방향으로 전하를 변위시키는 로렌츠 힘으로 인해 발생합니다. 결과적으로 플레이트의 가장자리에서 전위차가 발생하여 측정하거나 액추에이터를 트리거하는 데 사용할 수 있습니다(사전 증폭). 이 차이는 다음에 따라 다릅니다.
- 흐르는 전류의 강도에서;
- 자기장의 강도에서;
- 도체의 자유 전하 캐리어 농도.
현상은 발견자의 이름을 따서 명명되었습니다 - 홀 효과.
홀센서의 종류와 배열
지난 세기에 발견된 이 효과는 실용적인 적용을 발견했습니다. 이를 기반으로 자기장 센서가 구축됩니다. 그들의 장점은 리드 스위치와 달리 이동 및 마찰 요소가 없으므로 신뢰성이 훨씬 높다는 것입니다. 감수성의 원리에 따라 산업용 센서 홀은 다음과 같이 나뉩니다.
- 단극 (하나의 자극에만 반응 - 북쪽 또는 남쪽);
- 바이폴라(한 극성의 자기장에 노출되면 켜지고 반대 극성의 자기장에 노출되면 꺼짐);
- 옴니폴라 - 자석의 모든 극에 반응합니다.
움직이는 전하에 대한 자기장의 작용으로 생성된 전위차는 기껏해야 수십 마이크로볼트 단위입니다. 실제 적용을 위해서는 이것으로 충분하지 않으며 전위차가 증가해야 합니다. 이 증폭기는 센서 본체에 직접 내장되어 있으며 증폭기의 유형에 따라 장치는 두 가지 클래스로 나뉩니다.
- 비슷한 물건. 그들에서 센서 출력의 전압은 자기장에 비례합니다(자석의 강도와 자석으로부터의 거리에 따라 다름). 연산 증폭기를 기반으로 제작되었으며 자기장 측정에 사용됩니다.
- 디지털. 앰프 장착 후 비교기 또는 슈미트 트리거. 자기 유도가 특정 임계값에 도달하면 출력 전압이 0에서 높은 수준(일반적으로 공급 전압 수준)으로 점프합니다. 이러한 센서는 자기 계전기 또는 펄스 발생기를 만드는 데 사용됩니다. 플레이트에서 증폭된 신호는 임계값 장치에 적용됩니다. 설정된 레벨에 도달하면 센서가 트리거됩니다. 트리거 레벨은 센서에서 자기장 소스까지의 거리를 변경하여 조정할 수 있습니다.
홀 센서의 적용
일상 생활에서 홀 센서의 가장 일반적인 적용은 비접촉 자동차 점화 시스템입니다. 그들의 장점은 기계적 접촉 그룹이 없다는 것입니다. 이는 마모가 없고 접점이 타거나 기계적 고장의 위험이 없음을 의미합니다.
분배 시스템에는 엔진 크랭크 샤프트, 영구 자석 및 홀 센서 자체에 의해 구동되는 선반이 있는 플레이트가 포함됩니다. 플레이트가 회전하면 크랭크 샤프트의 위치에 따라 결정되는 엄격하게 정의된 순간의 돌출부가 센서와 자석 사이의 간격으로 떨어져 자기장의 매개변수가 변경됩니다.센서는 필요한 시점에 고전압 코일에 공급되는 전압을 조절하는 크랭크축의 회전과 동기화된 펄스를 생성합니다. 또한 자동차의 자기장 센서는 크랭크 샤프트의 위치를 인식하는 데 사용됩니다.
자기적으로 민감한 센서의 또 다른 용도는 전기 모터의 회전자의 위치를 결정하는 것입니다. 릴레이 요소는 모터 고정자에 장착되며 극이 지나갈 때 활성화됩니다. 이 원칙에 따라 회전수 카운터나 속도계를 만들 수 있습니다.
홀 효과를 기반으로 구축된 장치는 랩톱 또는 모바일 장치에 사용되며 덮개의 닫힌 위치를 나타내는 지표입니다. 센서가 트리거되면 컴퓨터가 절전 모드로 전환되거나 종료됩니다. 그리고 스마트폰에서 지구 자기장에 반응하는 센서의 기능 중 하나는 전자 나침반의 구성이다.
아날로그 홀 센서는 자기장 수준을 평가해야 하는 측정 기기에 사용됩니다. 도체의 전류 강도를 비접촉으로 측정하는 데 필수입니다. 아시다시피 도체에 전류가 흐르면 도체 주위에 자기장이 발생합니다. 강도는 전류의 강도에 따라 다릅니다. 전류가 교류이면 다른 방법(예: 변류기 사용)으로 필드를 측정할 수 있지만 직류의 경우 홀 센서는 필수 불가결합니다. DC 전류 클램프는 이 원리에 따라 작동합니다.
홀 효과의 가장 이국적인 적용은 그 원리에 따라 이온 로켓 엔진을 만드는 것입니다.
성능을 위해 홀 센서를 확인하는 방법
센서를 확인하려면 센서 자체 외에도 다음이 필요한 간단한 회로를 조립할 수 있습니다.
- 원하는 전압에 대한 전원 공급 장치;
- 저항기 약 1kOhm의 저항으로;
- 발광 다이오드;
- 자석.
LED가 없으면 LED 대신(및 전류 제한 저항) 다음을 수행할 수 있습니다. 멀티미터를 사용하다 (디지털 또는 포인터) 전압 측정 모드에서.
전원 공급 장치에 대한 특별한 요구 사항은 없습니다. 회로의 전류는 매우 작습니다. 그 전압은 테스트 중인 센서의 공급 전압 내에 있어야 합니다. 센서는 일반적으로 오픈 컬렉터로 만들어지기 때문에 LED는 양극과 전압 소스의 플러스에 연결되고 음극은 테스트 대상 장치의 출력에 연결됩니다(그러나 데이터 시트에서 확인하는 것이 좋습니다).
테스트 절차는 테스트 중인 장치의 유형에 따라 다릅니다.
- 단극 디지털 센서를 테스트하려면 한 극으로 자석을 가져와야 합니다. LED가 켜져야 합니다(포인터 전압계의 화살표가 벗어나거나 디지털 테스터의 판독값이 갑자기 변경됨). 자석을 상당한 거리에서 제거하면 회로가 원래 위치로 돌아가야 합니다. 센서가 작동하지 않으면 자석을 다른 극으로 뒤집어 절차를 반복해야합니다. LED가 깜박이면 센서가 작동하는 것입니다. 자석의 어떤 위치에서도 성공하지 못하면 장치를 사용할 수 없습니다.
- 바이폴라 디지털 센서는 유사한 기술을 사용하여 테스트되며 자석의 한 위치에서만 LED가 켜지고 자기장 소스가 제거될 때 꺼지지 않습니다. 회로는 동일한 극으로 추가 조작에 반응하지 않아야 합니다. 자석을 뒤집어서 반대 극성의 센서에 대면 LED가 꺼집니다. 이것은 테스트 중인 장치의 상태를 나타냅니다.회로가 작동하지 않으면 센서가 고장난 것입니다.
- 옴니폴라 디지털 홀 센서는 단극 센서와 동일한 방식으로 테스트되지만 자기적으로 민감한 장치는 자석의 모든 위치에서 작동해야 합니다.
아날로그 센서는 디지털 센서와 동일한 방식으로 검사하지만 출력 전압은 급격하게 변화하지 않고 자력이 증가함에 따라 부드럽게 변화해야 합니다(예: 영구 자석이 접근하거나 전자석 권선의 전류 증가).
실용적인 관점에서 자동차의 비접촉식 점화 시스템에 설치된 홀 센서를 어떻게 확인하는지에 대한 질문은 흥미 롭습니다. 이렇게 하려면 센서에서 커넥터를 제거하고 표시된 회로를 핀에 직접 조립하십시오.
여기에서 LED를 멀티 미터로 교체 할 수도 있습니다. 자동차의 크랭크 샤프트를 수동으로 돌리면 LED가 주기적으로 깜박이거나 출력 전압이 0에서 자동차 전기 시스템의 대략적인 전압으로 변화하는 것을 관찰할 수 있습니다. 차고를 확인하는 다른 방법은 일시적으로 장치를 정상 작동이 확인된 예비 센서로 교체하는 것입니다.
홀 센서는 가정 및 산업 장비에서 폭넓게 응용되고 있습니다. 동작 원리만 알면 서비스 가능성을 확인하는 것은 어렵지 않다.
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