センサー - ある物理量から別の物理量 (通常は電気) へのトランスデューサーは、家庭用および産業用電化製品で広く使用されています。それらがなければ、圧力や流量（気体または液体）などの技術的パラメータを測定、デジタル化、および処理することは、不可能ではないにしても非常に困難です。 温度レベル、磁場または電場の強さなど。最も普及しているセンサーの 1 つはホール センサーです。これは、日常生活 (スマートフォンやラップトップから始まる) と最も複雑な産業機器の両方で使用されています。
ホール効果 - 動作原理
この効果は、1879 年にアメリカの物理学者エドウィン ホールによって発見され、彼にちなんで名付けられました。この現象の本質は、金属板に電流を流し（図のAB方向）、永久磁石などによって作られた磁場で板に作用すると、すると、電流が流れる方向と垂直な方向（図中CD）に電位差が生じます。
この効果は、ローレンツ力が移動電荷に作用し、それらを運動方向に垂直な方向にシフトするために発生します。その結果、プレートの端に電位差が生じます。これを測定したり、アクチュエータを作動させるために使用したりできます (前置増幅による)。この違いは、次の要因によって異なります。
- 流れる電流の強さについて;
- 磁場の強さ;
- 導体中の自由電荷キャリアの濃度。
この現象は、その発見者であるホール効果にちなんで名付けられました。
ホールセンサーの種類と構造
前世紀までさかのぼって発見された効果は、実用的なアプリケーションを見つけました。これは、磁場センサーの構築の基礎となります。それらの利点は、（リードスイッチとは異なり）移動要素や摩擦要素がないため、信頼性がはるかに高いことです。感性の原則によると 産業用センサー ホールは次のように分かれています。
- 単極（北または南の1つの磁極にのみ反応します）;
- バイポーラ（一方の極性の磁場にさらされるとオンになり、反対の極性の磁場にさらされるとオフになります）;
- オムニポーラ - 磁石のどの極にも反応します。
移動する電荷の磁場によって生成される電位差は単位であり、せいぜい数十マイクロボルトです。実際のアプリケーションでは、これでは十分ではなく、電位差を増幅する必要があります。これらのアンプはセンサ ハウジングに直接組み込まれており、デバイスはアンプの種類に応じて 2 つのクラスに分類されます。
- アナログ。 それらでは、センサー出力の電圧は磁場に比例します（磁石の強さと磁石からの距離に依存します）。それらはオペアンプに基づいて構築されており、磁場の測定に使用されます。
- デジタル。 アンプ取り付け後 コンパレータ またはシュミットトリガー。磁気誘導が特定のしきい値に達すると、出力電圧はゼロから高レベル (通常は電源電圧レベル) に変化します。このようなセンサーは、磁気リレーまたはパルス発生器を構築するために使用されます。プレートからの増幅された信号は、しきい値デバイスに供給されます。設定したレベルに達すると、センサーがトリガーします。トリガーレベルは、センサーから磁場源までの距離を変えることで調整できます。
ホール センサー アプリケーション
家庭でのホール センサーの最も一般的な用途は、自動車の非接触点火システムです。それらの利点は、機械的接触グループがないことです。これは、摩耗や接点の焼損がなく、機械的故障のリスクがないことを意味します。
分配システムには、エンジンのクランクシャフト、永久磁石、およびホールセンサー自体によって回転駆動される、突起のあるプレートが含まれています。プレートが回転すると、クランクシャフトの位置によって決定される厳密に定義された瞬間に突起がセンサーと磁石の間のギャップに入り、磁場のパラメーターが変化します。センサーは、クランクシャフトの回転と同期してパルスを生成し、必要な瞬間に高電圧コイルへの電圧供給を調整します。車両の磁場センサーは、クランクシャフトの位置を認識するためにも使用されます。
磁気感知センサーのもう 1 つの用途は、電気モーターのローターの位置を特定することです。リレー要素はモーターの固定子に取り付けられており、極が通過するとトリガーされます。この原理を利用して、回転計や速度計を作ることができます。
ホール効果に基づくデバイスは、ラップトップまたはモバイル デバイスで使用され、蓋の閉じた位置のインジケーターとして使用されます。センサーがトリガーされると、コンピューターはスリープ状態になるかシャットダウンします。そしてスマートフォンでは、地球の磁場に反応するセンサーの機能の1つが、電子コンパスの操作を整理することです。
アナログ ホール センサーは、磁場レベルを推定する必要がある測定器で使用されます。それらは、導体内の電流を非接触で測定するために不可欠です。ご存じのように、導体に電流が流れると、その周りに磁場が発生します。その強さは現在の強さに依存します。電流が交流の場合、磁場は他の手段 (変流器など) で測定できますが、直流の場合はホール センサーなしでは測定できません。これが、DC 電流クランプが機能する原理です。
ホール効果の最も風変わりな応用は、その原理に基づくイオン ロケット エンジンの構築です。
ホール センサーが適切に機能しているかどうかをテストする方法
センサーをテストするには、センサー自体に加えて、次のものが必要な簡単な回路を組み立てることができます。
- 適切な電圧の電源;
- 抵抗器 約1キロオームの抵抗;
- 導いた;
- 磁石。
LED がない場合は、代わりにマルチメーター (および電流制限抵抗) を使用できます。 マルチメータ （デジタルまたはポインター）電圧測定モードで。
電源に特別な要件はありません - 回路内の電流は非常に小さいです。その電圧は、テストされるセンサーの供給電圧内にある必要があります。センサーは通常オープンコレクターで作られているため、LEDはアノードを電圧源のプラスに、カソードをテスト対象のデバイスの出力に接続します（ただし、データシートで確認することをお勧めします）。
テスト手順は、テスト対象のデバイスのタイプによって異なります。
- 単極デジタル センサーをテストするには、極が 1 つの磁石をセンサーに近づける必要があります。LED が点灯するはずです (電圧計の矢印が振れるか、デジタル テスターの読み取り値が飛躍的に変化するはずです)。かなりの距離で磁石を取り除くと、回路は元の位置に戻るはずです。センサーが機能しない場合は、反対の極で磁石を回転させ、手順を繰り返す必要があります。 LED が点滅する場合、センサーは良好です。磁石のどの位置でも成功しない場合、デバイスは操作に適していません。
- バイポーラ デジタル センサーも同様の方法でテストされます。磁石の 1 つの位置でのみ LED が点灯し、磁場の発生源が取り除かれても消灯しません。回路は、同じ極でのさらなる操作に応答してはなりません。磁石を裏返して反対の極性でセンサーに近づけると、LED が消えるはずです。これは、被試験デバイスが正常に動作していることを示しています。回路が正常に機能していない場合は、センサーが故障しています。
- オムニポーラ デジタル ホール センサは、ユニポーラ センサと同じ方法でテストされますが、磁気感知デバイスは任意の磁石位置で作動する必要があります。
アナログ センサーは、デジタル センサーと同じ手法を使用してテストされますが、出力電圧は飛躍的に変化するのではなく、磁力が増加するにつれて滑らかに変化する必要があります (たとえば、永久磁石に近づくか、電磁石のコイルの電流が増加します)。
実用面では、車の非接触点火システムに取り付けられたホールセンサーをチェックする方法が興味深いです。これを行うには、センサーからコネクタを取り外し、上記の回路をピンに直接取り付ける必要があります。
ここでも、LED をマルチメーターに置き換えることができます。車のクランクシャフトを手動で回すと、LED が断続的に点滅したり、出力電圧がゼロから車のほぼオンボード電圧まで変化したりするのを観察できます。ガレージの状態をチェックインする別の方法は、デバイスを一時的に既知の故障した予備センサーと交換することです。
ホール センサーは、家庭用および産業用アプリケーションで広く使用されています。それがどのように機能するかを理解していれば、それをチェックすることは難しくありません。
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