हॉल सेन्सर म्हणजे काय: ऑपरेशनचे सिद्धांत, डिव्हाइस आणि कार्यक्षमतेची चाचणी करण्याचे मार्ग

सेन्सर्स - एका भौतिक प्रमाणात दुसर्‍या (सामान्यत: इलेक्ट्रिकल) ट्रान्सड्यूसरचा वापर घरगुती आणि औद्योगिक उपकरणांमध्ये मोठ्या प्रमाणात केला जातो. त्यांच्याशिवाय दबाव आणि प्रवाह दर (गॅस किंवा द्रव) यासारख्या तांत्रिक मापदंडांचे मोजमाप करणे, डिजिटायझेशन करणे आणि प्रक्रिया करणे अशक्य नसल्यास खूप कठीण आहे. तापमानपातळी, चुंबकीय किंवा विद्युत क्षेत्रांची ताकद, इ. सर्वात व्यापक सेन्सरपैकी एक म्हणजे हॉल सेन्सर - ते दैनंदिन जीवनात (स्मार्टफोन किंवा लॅपटॉपपासून सुरू होणारे) आणि सर्वात जटिल औद्योगिक उपकरणांमध्ये वापरले जाते.

हॉल इफेक्ट - ऑपरेशनचे सिद्धांत

अमेरिकन भौतिकशास्त्रज्ञ एडविन हॉल यांनी 1879 मध्ये हा प्रभाव शोधला आणि त्याचे नाव दिले. घटनेचा सार असा आहे की जर तुम्ही धातूची प्लेट घेतली आणि त्यातून विद्युत प्रवाह (आकृतीमधील AB दिशेने) पास केला आणि नंतर चुंबकीय क्षेत्रासह प्लेटवर कार्य केले, उदाहरणार्थ, कायम चुंबकाने तयार केलेले, मग विद्युत् प्रवाहाच्या लंब दिशेने (आकृतीमधील सीडी), संभाव्य फरक दिसून येईल.

हा परिणाम लॉरेंट्झ बलाने गतिमान शुल्कांवर कार्य केल्यामुळे आणि त्यांना गतीच्या दिशेला लंब दिशेने हलवल्यामुळे उद्भवते. परिणामी, प्लेटच्या कडांवर संभाव्य फरक उद्भवतो, जो मोजला जाऊ शकतो किंवा अॅक्ट्युएटर्स (प्रीअॅम्प्लिफाय करून) वापरला जाऊ शकतो. हा फरक यावर अवलंबून आहे:

• प्रवाहाच्या जोरावर;
• चुंबकीय क्षेत्राची ताकद;
• कंडक्टरमध्ये विनामूल्य चार्ज वाहकांच्या एकाग्रतेवर.

इंद्रियगोचर त्याच्या शोधकर्त्याच्या नावावर आहे - हॉल इफेक्ट.

हॉल सेन्सर्सचे प्रकार आणि बांधकाम

गेल्या शतकापूर्वीच्या प्रभावाचा शोध लागू झाला आहे. चुंबकीय क्षेत्र सेन्सर्सच्या बांधकामासाठी हा आधार आहे. त्यांचा फायदा असा आहे की त्यांच्याकडे हलणारे आणि घासणारे घटक नाहीत (रीड स्विचच्या विपरीत), त्यामुळे त्यांची विश्वासार्हता खूप जास्त आहे. संवेदनशीलतेच्या तत्त्वानुसार औद्योगिक सेन्सर्स हॉल विभागलेले आहेत:

• एकध्रुवीय (फक्त एका चुंबकीय ध्रुवावर प्रतिक्रिया - उत्तर किंवा दक्षिण);
• द्विध्रुवीय (एका ध्रुवीयतेच्या चुंबकीय क्षेत्राच्या संपर्कात आल्यावर ते चालू केले जातात, विरुद्ध ध्रुवीयतेच्या चुंबकीय क्षेत्राच्या संपर्कात आल्यावर ते बंद केले जातात);
• सर्वध्रुवीय - चुंबकाच्या कोणत्याही ध्रुवावर प्रतिक्रिया देते.

चुंबकीय क्षेत्राद्वारे मूव्हिंग चार्जेसवर निर्माण होणारा संभाव्य फरक म्हणजे एकके, सर्वोत्तम दहापट मायक्रोव्होल्ट्स. व्यावहारिक अनुप्रयोगांसाठी, हे पुरेसे नाही, संभाव्य फरक वाढवणे आवश्यक आहे. हे अॅम्प्लीफायर्स थेट सेन्सर हाऊसिंगमध्ये तयार केले जातात आणि अॅम्प्लीफायरच्या प्रकारानुसार डिव्हाइसेस दोन वर्गांमध्ये विभागल्या जातात.

1. अॅनालॉग. त्यामध्ये, सेन्सर आउटपुटवरील व्होल्टेज चुंबकीय क्षेत्राच्या प्रमाणात असते (चुंबकाच्या ताकदीवर आणि त्यापासूनचे अंतर यावर अवलंबून असते). ते ऑपरेशनल अॅम्प्लिफायरच्या आधारावर तयार केले जातात आणि चुंबकीय क्षेत्र मोजण्यासाठी वापरले जातात.
2. डिजिटल. एम्पलीफायर स्थापित केल्यानंतर तुलना करणारा किंवा श्मिट ट्रिगर. आउटपुट व्होल्टेज, जेव्हा चुंबकीय प्रेरण एका विशिष्ट थ्रेशोल्डवर पोहोचते, तेव्हा शून्य ते उच्च स्तरावर (सामान्यतः पुरवठा व्होल्टेज स्तरावर) बदलते. अशा सेन्सर्सचा वापर चुंबकीय रिले किंवा पल्स जनरेटर तयार करण्यासाठी केला जातो. प्लेटमधून प्रवर्धित सिग्नल थ्रेशोल्ड डिव्हाइसला दिले जाते. सेट पातळी गाठल्यावर, सेन्सर ट्रिगर होतो. सेन्सरपासून चुंबकीय क्षेत्र स्रोतापर्यंतचे अंतर बदलून ट्रिगरिंग पातळी समायोजित केली जाऊ शकते.

हॉल सेन्सर अनुप्रयोग

घरामध्ये हॉल सेन्सरचा सर्वात सामान्य वापर कारच्या संपर्करहित इग्निशन सिस्टममध्ये आहे. त्यांचा फायदा म्हणजे यांत्रिक संपर्क गटांची अनुपस्थिती. याचा अर्थ पोशाख नाही, संपर्क जळत नाही, यांत्रिक बिघाडाचा धोका नाही.

वितरण प्रणालीमध्ये प्रोट्र्यूशन्स असलेली प्लेट असते, जी इंजिन क्रँकशाफ्टद्वारे फिरवली जाते, एक स्थायी चुंबक आणि स्वतः हॉल सेन्सर असतो. प्लेट फिरत असताना, क्रँकशाफ्टच्या स्थितीनुसार निर्धारित केलेल्या काटेकोरपणे परिभाषित क्षणी अंदाज, चुंबकीय क्षेत्राचे मापदंड बदलून सेन्सर आणि चुंबकामधील अंतर प्रविष्ट करतात. सेन्सर क्रँकशाफ्टच्या रोटेशनसह सिंक्रोनाइझ केलेल्या डाळी निर्माण करतो, जे आवश्यक क्षणी उच्च-व्होल्टेज कॉइलला व्होल्टेज पुरवठ्याचे नियमन करते. क्रँकशाफ्टची स्थिती ओळखण्यासाठी वाहनातील चुंबकीय क्षेत्र सेन्सर देखील वापरले जातात.

चुंबकीयदृष्ट्या संवेदनशील सेन्सरचा आणखी एक वापर म्हणजे इलेक्ट्रिक मोटर रोटर्सची स्थिती निश्चित करणे. रिले घटक मोटर स्टेटरला जोडलेला असतो आणि जेव्हा पोल पास होतो तेव्हा ट्रिगर होतो. हे तत्त्व क्रांती काउंटर किंवा स्पीड मीटर तयार करण्यासाठी वापरले जाऊ शकते.

हॉल इफेक्टवर आधारित उपकरणे लॅपटॉप किंवा मोबाइल डिव्हाइसेसमध्ये वापरली जातात - झाकण बंद स्थितीचे सूचक म्हणून. जेव्हा सेन्सर ट्रिगर होतो, तेव्हा संगणक स्लीप होतो किंवा बंद होतो.आणि स्मार्टफोनमध्ये, पृथ्वीच्या चुंबकीय क्षेत्रावर प्रतिक्रिया देणार्‍या सेन्सरच्या कार्यांपैकी एक म्हणजे इलेक्ट्रॉनिक होकायंत्राचे ऑपरेशन आयोजित करणे.

एनालॉग हॉल सेन्सर मोजण्यासाठी साधनांमध्ये वापरले जातात जेथे चुंबकीय क्षेत्र पातळीचा अंदाज लावणे आवश्यक असते. कंडक्टरमधील विद्युत् प्रवाहाच्या गैर-संपर्क मापनासाठी ते अपरिहार्य आहेत. तुम्हाला माहिती आहेच की, जेव्हा कंडक्टरमधून विद्युत प्रवाह वाहतो तेव्हा त्याभोवती चुंबकीय क्षेत्र निर्माण होते. त्याची तीव्रता सध्याच्या ताकदीवर अवलंबून असते. जर विद्युत् प्रवाह बदलत असेल, तर फील्डचे मोजमाप इतर मार्गांनी केले जाऊ शकते (उदा. वर्तमान ट्रान्सफॉर्मर), परंतु थेट करंटसह तुम्ही हॉल सेन्सरशिवाय करू शकत नाही. हे तत्त्व आहे ज्यावर डीसी करंट क्लॅम्प्स कार्य करतात.

हॉल इफेक्टचा सर्वात विलक्षण अनुप्रयोग म्हणजे त्याच्या तत्त्वावर आधारित आयन रॉकेट इंजिनचे बांधकाम.

योग्य कार्यासाठी हॉल सेन्सरची चाचणी कशी करावी

सेन्सरची चाचणी घेण्यासाठी, आपण एक साधे सर्किट एकत्र करू शकता, ज्यासाठी, सेन्सर व्यतिरिक्त, आपल्याला आवश्यक असेल:

• योग्य व्होल्टेजसह वीज पुरवठा;
• रेझिस्टर सुमारे 1 kOhm चे प्रतिकार;
• एलईडी;
• चुंबक

LED नसल्यास, आपण त्याऐवजी मल्टीमीटर वापरू शकता (आणि वर्तमान मर्यादित करणारे प्रतिरोधक). मल्टीमीटर (डिजिटल किंवा पॉइंटर) व्होल्टेज मापन मोडमध्ये.

वीज पुरवठ्यासाठी कोणतीही विशेष आवश्यकता नाही - सर्किटमधील प्रवाह खूपच लहान आहेत. त्याची व्होल्टेज चाचणी केलेल्या सेन्सरच्या पुरवठा व्होल्टेजमध्ये असणे आवश्यक आहे. एलईडी हे एनोडसह व्होल्टेज स्त्रोताच्या प्लसशी जोडलेले आहे, कॅथोडसह चाचणी अंतर्गत डिव्हाइसच्या आउटपुटसह, कारण सेन्सर सामान्यतः ओपन कलेक्टरसह बनविला जातो (परंतु डेटाशीटसह तपासणे चांगले आहे).

चाचणी प्रक्रिया चाचणी अंतर्गत उपकरणाच्या प्रकारावर अवलंबून असते.

1. एकध्रुवीय डिजिटल सेन्सरची चाचणी घेण्यासाठी, तुम्ही सेन्सरमध्ये एका खांबासह चुंबक आणणे आवश्यक आहे.LED उजळला पाहिजे (व्होल्टमीटरचा बाण विचलित झाला पाहिजे किंवा डिजिटल टेस्टरचे वाचन वेगाने बदलले पाहिजे). जेव्हा चुंबक मोठ्या अंतरावर काढला जातो तेव्हा सर्किट त्याच्या मूळ स्थितीकडे परत यावे. जर सेन्सर काम करत नसेल, तर तुम्ही चुंबकाला दुसऱ्या खांबासह फिरवा आणि प्रक्रिया पुन्हा करा. जर LED चमकत असेल तर सेन्सर चांगला आहे. चुंबकाच्या कोणत्याही स्थितीत यश न मिळाल्यास, डिव्हाइस ऑपरेशनसाठी अयोग्य आहे.
2. द्विध्रुवीय डिजिटल सेन्सरची चाचणी अशाच पद्धतीने केली जाते, चुंबकाच्या एका स्थानावर फक्त एलईडी दिवे उजळतात आणि चुंबकीय क्षेत्राचा स्रोत काढून टाकल्यावर बाहेर जात नाही. सर्किटने त्याच खांबासह पुढील हाताळणीला प्रतिसाद देऊ नये. जर तुम्ही चुंबक उलटून विरुद्ध ध्रुवीयतेमध्ये सेन्सरवर आणले तर LED बंद होईल. हे सूचित करते की चाचणी अंतर्गत डिव्हाइस योग्यरित्या कार्य करत आहे. जर सर्किट योग्यरित्या काम करत नसेल, तर सेन्सर ऑर्डरच्या बाहेर आहे.
3. सर्वध्रुवीय डिजिटल हॉल सेन्सरची चाचणी युनिपोलर सेन्सरप्रमाणेच केली जाते, परंतु चुंबक-संवेदनशील यंत्र कोणत्याही चुंबकाच्या स्थितीत कार्यरत असले पाहिजे.

अॅनालॉग सेन्सर्सची चाचणी डिजिटल सेन्सर्सप्रमाणेच तंत्र वापरून केली जाते, परंतु आउटपुट व्होल्टेज झेप आणि सीमारेषेने बदलू नये, परंतु चुंबकीय शक्ती वाढते म्हणून सहजतेने बदलू नये (उदा. कायम चुंबकाकडे जाणे किंवा विद्युत चुंबकाच्या कॉइलमध्ये प्रवाह वाढणे).

व्यावहारिक बाजूने, कारच्या कॉन्टॅक्टलेस इग्निशन सिस्टममध्ये स्थापित हॉल सेन्सर कसा तपासायचा हे मनोरंजक आहे. हे करण्यासाठी, तुम्हाला सेन्सरमधून कनेक्टर काढून टाकावे लागेल आणि वरील सर्किट थेट पिनवर एकत्र करावे लागेल.

येथे देखील एलईडी मल्टीमीटरने बदलले जाऊ शकते. कारचा क्रँकशाफ्ट मॅन्युअली फिरवून, तुम्ही अधूनमधून एलईडी फ्लॅश किंवा आउटपुट व्होल्टेजमधील शून्य ते अंदाजे कारच्या ऑन-बोर्ड व्होल्टेजमधील बदलांचे निरीक्षण करू शकता.गॅरेज स्थिती तपासण्याचा पर्यायी मार्ग म्हणजे तात्पुरते डिव्हाइसला ज्ञात सदोष स्पेअर सेन्सरसह बदलणे.

हॉल सेन्सरचा घरगुती आणि औद्योगिक अनुप्रयोगांमध्ये व्यापक वापर आढळला आहे. ते कसे कार्य करते याची समज असल्यास ते तपासणे कठीण नाही.

संबंधित लेख: