Sensor - transduser dari satu kuantitas fisik ke kuantitas fisik lainnya (biasanya, listrik) banyak digunakan dalam peralatan rumah tangga dan industri. Tanpa mereka, sangat sulit, jika bukan tidak mungkin, untuk mengukur, mendigitalkan, dan memproses parameter teknologi seperti tekanan dan laju aliran (gas atau cair), suhutingkat, kekuatan medan magnet atau listrik, dll. Salah satu sensor yang paling luas adalah sensor Hall - digunakan baik dalam kehidupan sehari-hari (dimulai dengan smartphone atau laptop) dan dalam peralatan industri yang paling kompleks.
Isi
Efek Hall - prinsip operasi
Efeknya ditemukan pada tahun 1879 oleh fisikawan Amerika Edwin Hall dan dinamai menurut namanya. Inti dari fenomena ini adalah jika Anda mengambil pelat logam dan mengalirkan arus listrik melaluinya (ke arah AB pada gambar), dan kemudian bertindak pada pelat dengan medan magnet, misalnya, dibuat oleh magnet permanen, maka pada arah tegak lurus aliran arus (CD pada gambar), akan terjadi beda potensial.
Efek ini muncul karena gaya Lorentz yang bekerja pada muatan yang bergerak dan menggesernya ke arah tegak lurus terhadap arah gerak. Akibatnya, perbedaan potensial muncul di tepi pelat, yang dapat diukur atau digunakan untuk menggerakkan aktuator (dengan preamplifying). Perbedaan ini tergantung pada:
- pada kekuatan arus yang mengalir;
- kekuatan medan magnet;
- pada konsentrasi pembawa muatan bebas dalam konduktor.
Fenomena ini dinamai menurut penemunya - efek Hall.
Jenis dan konstruksi sensor Hall
Efek yang ditemukan sejauh abad sebelumnya telah menemukan aplikasi praktis. Ini adalah dasar untuk konstruksi sensor medan magnet. Keuntungannya adalah mereka tidak memiliki elemen bergerak dan menggosok (tidak seperti sakelar buluh), sehingga keandalannya jauh lebih tinggi. Menurut prinsip sensitivitas sensor industri Aula dibagi menjadi:
- unipolar (hanya bereaksi terhadap satu kutub magnet - utara atau selatan);
- bipolar (mereka dinyalakan saat terpapar medan magnet satu polaritas, mereka dimatikan saat terpapar medan magnet dari polaritas yang berlawanan);
- Omnipolar - bereaksi terhadap setiap kutub magnet.
Perbedaan potensial yang diciptakan oleh medan magnet pada muatan yang bergerak adalah satuan, paling banyak puluhan mikrovolt. Untuk aplikasi praktis, ini tidak cukup, beda potensial harus diperkuat. Amplifier ini dibangun langsung ke dalam rumah sensor, dan perangkat dibagi menjadi dua kelas sesuai dengan jenis amplifier.
- Analog. Di dalamnya, tegangan pada keluaran sensor sebanding dengan medan magnet (tergantung pada kekuatan magnet dan jarak darinya). Mereka dibangun atas dasar penguat operasional dan digunakan untuk mengukur medan magnet.
- Digital. Setelah amplifier dipasang pembanding atau pemicu Schmitt. Tegangan keluaran, ketika induksi magnetik mencapai ambang tertentu, berubah dari nol ke tingkat tinggi (biasanya ke tingkat tegangan suplai). Sensor tersebut digunakan untuk membangun relay magnetik atau generator pulsa. Sinyal yang diperkuat dari pelat diumpankan ke perangkat ambang. Ketika tingkat yang ditetapkan tercapai, sensor memicu. Tingkat pemicuan dapat disesuaikan dengan mengubah jarak dari sensor ke sumber medan magnet.
Aplikasi sensor aula
Aplikasi sensor Hall yang paling umum di rumah adalah pada sistem pengapian tanpa kontak mobil. Keuntungan mereka adalah tidak adanya kelompok kontak mekanis. Ini berarti tidak ada keausan, tidak ada kontak yang terbakar, tidak ada risiko kerusakan mekanis.
Sistem distribusi berisi pelat dengan tonjolan, digerakkan oleh poros engkol mesin, magnet permanen, dan sensor Hall itu sendiri. Saat pelat berputar, proyeksi pada momen yang ditentukan secara ketat, ditentukan oleh posisi poros engkol, memasuki celah antara sensor dan magnet, mengubah parameter medan magnet. Sensor menghasilkan pulsa, disinkronkan dengan rotasi poros engkol, yang mengatur suplai tegangan ke koil tegangan tinggi pada saat-saat yang diperlukan. Sensor medan magnet pada kendaraan juga digunakan untuk mengenali posisi poros engkol.
Kegunaan lain dari sensor yang sensitif secara magnetis adalah untuk menentukan posisi rotor motor listrik. Elemen relai dipasang pada stator motor dan dipicu ketika kutub dilewatkan. Prinsip ini dapat digunakan untuk membuat penghitung revolusi atau pengukur kecepatan.
Perangkat berdasarkan efek Hall digunakan di laptop atau perangkat seluler - sebagai indikator posisi tutupnya. Saat sensor dipicu, komputer akan tidur atau mati.Dan pada smartphone, salah satu fungsi sensor yang bereaksi terhadap medan magnet bumi adalah mengatur pengoperasian kompas elektronik.
Sensor Hall Analog digunakan dalam instrumen pengukuran di mana diperlukan untuk memperkirakan tingkat medan magnet. Mereka sangat diperlukan untuk pengukuran arus non-kontak dalam konduktor. Seperti yang Anda ketahui, ketika arus mengalir melalui konduktor, medan magnet muncul di sekitarnya. Intensitasnya tergantung pada kekuatan arus. Jika arus bolak-balik, medan dapat diukur dengan cara lain (misalnya transformator arus), tetapi dengan arus searah Anda tidak dapat melakukannya tanpa sensor Hall. Ini adalah prinsip kerja klem arus DC.
Aplikasi efek Hall yang paling eksotis adalah konstruksi mesin roket ion berdasarkan prinsipnya.
Cara menguji sensor Hall agar berfungsi dengan baik
Untuk menguji sensor, Anda dapat merakit sirkuit sederhana, yang selain sensor itu sendiri, Anda perlu:
- Catu daya dengan tegangan yang tepat;
- penghambat resistansi sekitar 1 kOhm;
- DIPIMPIN;
- magnet.
Jika tidak ada LED, Anda dapat menggunakan multimeter sebagai gantinya (dan resistor pembatas arus). multimeter (digital atau pointer) dalam mode pengukuran tegangan.
Tidak ada persyaratan khusus untuk catu daya - arus di sirkuit cukup kecil. Tegangannya harus berada dalam tegangan suplai dari sensor yang diuji. LED terhubung dengan anoda ke sumber tegangan plus, dengan katoda ke output perangkat yang diuji, karena sensor biasanya dibuat dengan kolektor terbuka (tetapi lebih baik untuk memeriksa dengan datasheet).
Prosedur pengujian tergantung pada jenis perangkat yang diuji.
- Untuk menguji sensor digital unipolar, Anda harus membawa magnet dengan satu kutub ke sensor.LED harus menyala (panah voltmeter harus menyimpang atau pembacaan tester digital harus berubah dengan pesat). Ketika magnet dilepas pada jarak yang cukup jauh, rangkaian harus kembali ke posisi semula. Jika sensor tidak berfungsi, Anda harus memutar magnet dengan kutub lainnya dan ulangi prosedur. Jika LED berkedip, maka sensornya bagus. Jika keberhasilan tidak tercapai di posisi magnet apa pun, perangkat tidak cocok untuk dioperasikan.
- Sensor digital bipolar diuji dengan metode serupa, hanya LED menyala pada satu posisi magnet, dan tidak padam saat sumber medan magnet dihilangkan. Sirkuit tidak boleh menanggapi manipulasi lebih lanjut dengan kutub yang sama. Jika Anda membalikkan magnet dan membawanya ke sensor dalam polaritas yang berlawanan, LED akan mati. Ini menunjukkan bahwa perangkat yang diuji berfungsi dengan baik. Jika sirkuit tidak berfungsi dengan baik, maka sensor rusak.
- Sensor Hall digital omnipolar diuji dengan cara yang sama seperti sensor unipolar, tetapi perangkat yang peka terhadap magnet harus bekerja pada posisi magnet apa pun.
Sensor analog diuji menggunakan teknik yang sama seperti sensor digital, tetapi tegangan keluaran tidak boleh berubah dengan cepat, tetapi dengan lancar seiring dengan meningkatnya gaya magnet (misalnya mendekati magnet permanen atau meningkatkan arus dalam kumparan elektromagnet).
Dari sisi praktis, menarik bagaimana cara mengecek sensor Hall yang terpasang pada sistem pengapian contactless mobil. Untuk melakukan ini, Anda harus melepas konektor dari sensor dan merakit sirkuit di atas langsung pada pin.
Di sini juga LED bisa diganti dengan multimeter. Dengan memutar poros engkol mobil secara manual, Anda dapat mengamati kedipan LED yang terputus-putus atau perubahan voltase keluaran dari nol hingga kira-kira voltase on-board mobil.Cara alternatif untuk memeriksa kondisi garasi adalah dengan mengganti sementara perangkat dengan sensor cadangan yang diketahui rusak.
Sensor Hall telah digunakan secara luas dalam aplikasi domestik dan industri. Tidak sulit untuk memeriksanya jika Anda memiliki pemahaman tentang cara kerjanya.
Artikel terkait:
