На сегодняшний день существует множество компонентов, о существовании и назначении которых многие не знают. В этой статье мы поговорим о весьма интересном приборе – датчике Холла.
Эффект Холла
Согласно техническому определению эффект Холла — это возникновение в электрическом проводнике разности потенциалов на краях образца, помещенном в поперечное магнитное поле, при протекании тока, перпендикулярно этому полю, в интернет-магазине компании “Энергометрика” можно купить датчики тока Холла с доставкой по всей России. А теперь попробуем разобраться в этой с первого взгляда запутанной формулировке.
Предположим, что перед нами прямоугольная металлическая пластина (не обязательно из магнитного материала). Создадим на двух ее противоположных гранях разность потенциалов, подключив к ним электрический источник. Через пластину начнет течь электрический ток, «перебегая» от одного электрода к другому. Пока ничего аномального и все понятно – ток бежит приблизительно по прямой.
А теперь поместим пластину в постоянное магнитное поле, созданное, к примеру, обычным постоянным магнитом. Под действием магнитного поля носители заряда начнут отклоняться к одной из двух других граней. К какой – зависит от направления тока и полюса магнита. Это действие приведет к накоплению отрицательного заряда возле одной грани пластины и положительного возле противоположной. Между этими гранями появится разность потенциалов – напряжение. Величина его будет зависеть от величины магнитного поля. Наглядно наш эксперимент поясняет анимация, приведенная ниже.
Немного истории
Впервые этот эффект был обнаружен американским физиком Эдвином Холлом в 1879 году в ходе совершенно других исследований. Ученый рассуждал, что ток, протекающий через проводник, сам является магнитом. А это значит, что взаимодействуя с магнитным полем, он отклонится в ту или иную сторону и изменится. Следовательно, сопротивление проводника тоже изменится.
Ток в постоянном магнитном поле действительно изменяется, но столь незначительно, что Холл просто не смог этих изменений заметить – в то время не существовало соответствующих приборов. Напряжение, же, создаваемое эффектом, достигало нескольких микровольт. Его легко можно было обнаружить обычным гальванометром.
Открытие эффекта, названное в честь американского физика, в то время не нашло применения. Лишь спустя 75 лет с появлением технологий изготовления сверхтонких пленок, способных в относительно слабом магнитном поле создать достаточно большую разность потенциалов (десятки и даже сотни микровольт), эффект начал использоваться. Сам же ученый экспериментировал с золотой пластинкой, расположенной на стекле.
Применение
Сегодня эффект Холла используется достаточно широко. С помощью датчиков, работающих на этом принципе, мы измеряем величину магнитного поля или просто его наличие. В последнем случае используются так называемые ключи Холла, которые срабатывают при появлении магнитного поля выше заданной величины. Датчики и ключи нашли применение в следующих областях:
Электротехника. Бесконтактное измерение величины тока и мощности без разрыва цепи, токоизмерительного шунта и с гальванической развязкой. Существует, к примеру, множество моделей токоизмерительных клещей, работающих на этом принципе. При этом клещщи с датчиком Холла могут измерять постоянный ток, в отличие от обычных клещей с трансформатором тока. Стационарные же кольцевые датчики позволяют производить измерение дистанционно и управлять нагрузками без участия человека.
Определение положения. Ключи Холла могут следить за положением объектов. Их, к примеру, можно увидеть в принтерах (определение положение печатающей головки, каретки и пр.), клавиатурах терминалов БЭВМ, требующих высокой надежности, систем определения положения коленчатого вала и т.п.
Определение скорости вращения и движения. Приборы достаточно широко применяются в антиблокировочных системах тормозов, сообщая бортовому компьютеру о вращении/остановке колес.
В автомобилестроении это далеко не единственное применение этих приборов. Они заведуют зажиганием, впрыском топлива, определяют положение коленчатого вала, угол поповорота колес при маневрах, исправность электромоторов по наличию вращения, и пр.
Системы управления. Датчики Холла используются для управления тем или иными устройствами. Их можно встретить, к примеру, в джойстиках, при помощи которых управляют роботами (тот же Луноход), карьерными самосвалами, кранами, экскаваторами, погрузчиками и т.д.
Управление двигателями. Некоторые типы электрических двигателей постоянного тока используют датчики Холла для определения положения ротора и передачи данных на контроллер управления мотором.
Вот мы и выяснили, что это за зверь такой – Датчик Холла. Теперь мы знаем как этот прибор работает и где используется.
