Hallas efekta mērīšanas sistēma
Xiamen Dexing Magnet Tech. Co., Ltd.
Dexing Magnet ir liels uzņēmums ar izcilu kvalitāti un perfektu servisu starptautiskajā magnetometru un mašīnu nozarē.
Kāpēc izvēlēties mūs
Profesionāla komanda
Tajā ir pieredzējušu tehniķu un vadītāju grupa magnetometra un magnētiskās rūpniecības nozarē.
Izcila kvalitāte
Tā ir ieviesusi progresīvas tehnoloģijas no Japānas un Eiropas, sadarbojusies ar vietējām universitātēm un zinātniskās pētniecības institūtiem un var ražot pilnus magnetoelektrisko iekārtu komplektus.
Labs serviss
Mēs piedāvājam visaptverošu pielāgošanas risinājumu, kas pielāgots mūsu klientu īpašajām vajadzībām un prasībām.
Vienas pieturas risinājums
Tehniskā atbalsta, problēmu novēršanas un apkopes pakalpojumu sniegšana.
Kas ir Hallas efekta mērīšanas sistēma?
Hola efekts ir parādība, kas rada sprieguma starpību (Hola spriegumu) pāri elektriskajam vadītājam, kas ir šķērsvirziena vadītājā esošajai elektriskajai strāvai un pielietotajam magnētiskajam laukam, kas ir perpendikulārs strāvai.
Halla efektu 1879. gadā atklāja Edvīns Hols, taču pagāja daudzi gadi, pirms tehnoloģiju attīstība ļāva integrētajām shēmām pilnībā izmantot šīs parādības priekšrocības. Mūsdienās Hall efekta sensoru IC piedāvā ērtu veidu, kā sasniegt precīzus strāvas mērījumus, kas uztur elektrisko izolāciju starp izmērīto strāvas ceļu un mērīšanas ķēdi.
No Lorenca uz Holu
Hallas efekts ir Lorenca spēka paplašinājums, kas raksturo spēku, kas iedarbojas uz uzlādētu daļiņu, piemēram, elektronu, kas pārvietojas pa magnētisko lauku. Ja magnētiskais lauks ir orientēts perpendikulāri elektrona kustības virzienam, elektrons piedzīvo spēku, kas ir perpendikulārs gan kustības virzienam, gan magnētiskā lauka orientācijai.
Hallas efekta izmantošana
Halla efekta radītie spriegumi ir mazi attiecībā pret troksni, nobīdēm un temperatūras efektiem, kas parasti ietekmē ķēdi, un tādējādi praktiskie sensori, kuru pamatā ir Hola efekts, nebija plaši izplatīti, kamēr pusvadītāju tehnoloģiju attīstība neļāva izmantot ļoti integrētus komponentus, kas ietver Hall elements un papildu shēmas, kas nepieciešamas Hall sprieguma pastiprināšanai un kondicionēšanai. Tomēr Hall efekta sensoru spēja izmērīt nelielas strāvas ir ierobežota. Piemēram, Allegro MicroSystems ACS712 jutība ir 185 mV/A. Tas nozīmē, ka 10 mA strāva radītu tikai 1,85 mV izejas spriegumu. Šis spriegums var būt pieņemams, ja ķēdei ir zems trokšņa līmenis, bet, ja strāvas ceļā varētu iekļaut 2 Ω rezistoru, iegūtais 20 mV izejas spriegums būtu būtisks uzlabojums.
Hall efekts attiecas uz dažādiem sensoru lietojumiem; ierīces, kuru pamatā ir šī salīdzinoši vienkāršā saikne starp strāvu, magnētisko lauku un spriegumu, var izmantot pozīcijas, ātruma un magnētiskā lauka stipruma mērīšanai. Tomēr šajā rakstā mēs koncentrēsimies uz ierīcēm, kas mēra strāvu, izmantojot Halla spriegumu, kas rodas, kad izmērītās strāvas inducētais magnētiskais lauks ir koncentrēts pret integrētu Hall efekta elementu.
Plusi un mīnusi
Veiktspējas raksturlielumi atšķiras atkarībā no Halla efekta strāvas sensora, tāpēc ir grūti precīzi apkopot Hola efekta sensoru priekšrocības un trūkumus salīdzinājumā ar citu parasto strāvas uztveršanas paņēmienu; proti, precīzijas rezistora ievietošana strāvas ceļā un iegūtā sprieguma krituma mērīšana ar diferenciālo pastiprinātāju. Tomēr kopumā Hall efekta sensori tiek novērtēti kā "neuzbāzīgi" un tie nodrošina elektrisko izolāciju starp strāvas ceļu un mērīšanas ķēdi. Šīs ierīces tiek uzskatītas par neuzbāzīgām, jo strāvas ceļā netiek ievietota ievērojama pretestība, un tādējādi mērītā ķēde darbojas gandrīz tā, it kā sensora nebūtu. Papildu ieguvums ir tas, ka sensors izkliedē minimālu jaudu; tas ir īpaši svarīgi, mērot lielas strāvas.
Attiecībā uz precizitāti pašlaik pieejamie Hall efekta sensori var sasniegt izvades kļūdu līdz 1%. Labi izstrādāta pretestības strāvas sensora ķēde to varētu pārsniegt, bet 1% parasti būtu pietiekams augstas strāvas/augstsprieguma lietojumos, kuriem Hall efekta ierīces ir īpaši piemērotas.
Izolācija
Viena no Hall efekta sensoru dominējošajām priekšrocībām ir elektriskā izolācija, ko ķēdes vai sistēmas projektēšanas kontekstā bieži dēvē par galvanisko izolāciju. Galvaniskās izolācijas princips tiek izmantots ikreiz, kad dizains prasa, lai divas ķēdes sazinātos tādā veidā, kas novērš tiešu elektriskās strāvas plūsmu. Vienkāršs piemērs ir, ja digitālais signāls tiek nodots caur optoizolatoru, kas pārveido sprieguma impulsus gaismas impulsos un tādējādi pārraida datus optiski, nevis elektriski. Viens no galvenajiem galvaniskās izolācijas ieviešanas iemesliem ir novērst problēmas, kas saistītas ar zemējuma cilpām:
Shēmu projektēšanas pamatprincipos tiek pieņemts, ka savstarpēji savienotiem komponentiem ir kopīgs zemes mezgls, kas tiek pieņemts, ka tas atrodas 0 V. Tomēr reālajā dzīvē "zemes mezgls" sastāv no vadītājiem ar pretestību, kas atšķiras no nulles, un šie vadītāji kalpo kā atgriešanās ceļš strāvai, kas plūst no ķēdes atpakaļ uz barošanas avotu. Oma likums atgādina, ka strāva un pretestība veido spriegumu, un šie sprieguma kritumi atgriešanās ceļā nozīmē, ka "zemei" vienā ķēdes vai sistēmas daļā nav tāds pats potenciāls kā "zemei" citā daļā. Šīs zemes potenciāla atšķirības var radīt problēmas, sākot no nenozīmīgām līdz katastrofālām.
Novēršot līdzstrāvas plūsmu starp divām ķēdēm, galvaniskā izolācija ļauj ķēdēm ar dažādu zemes potenciālu veiksmīgi sazināties. Tas jo īpaši attiecas uz strāvas sensora lietojumiem: zemsprieguma sensoram un apstrādes ķēdei, iespējams, būs jāuzrauga lielas, ļoti mainīgas strāvas, piemēram, motora piedziņas ķēdē. Šīs lielās, strauji mainīgās strāvas radīs ievērojamas sprieguma svārstības atgriešanās ceļā. Hall efekta sensors ļauj sistēmai gan uzraudzīt piedziņas strāvu, gan aizsargāt augstas precizitātes sensora ķēdi no šīm kaitīgajām zemes svārstībām.
Kopējā režīma spriegums
Vēl viens svarīgs Hall efekta sensoru pielietojums ir strāvas mērījumi ar augstu spriegumu. Rezistīvās strāvas sensora ķēdē diferenciālais pastiprinātājs mēra sprieguma starpību starp vienu rezistora pusi un otru. Tomēr problēma rodas, ja šie spriegumi ir lieli attiecībā pret zemes potenciālu:
Reālās dzīves pastiprinātājiem ir ierobežots "kopējā režīma diapazons", kas nozīmē, ka ierīce nedarbosies pareizi, ja ieejas spriegumi, kaut arī mazi viens pret otru, ir pārāk lieli attiecībā pret zemi. Strāvas sensoru pastiprinātāju kopējā režīma diapazoni parasti nepārsniedz 80 vai 100 V. No otras puses, Hola efekta sensori var pārveidot strāvu spriegumā, neatsaucoties uz izmērītās ķēdes zemējuma potenciālu. Līdz ar to, kamēr spriegumi nav pietiekami lieli, lai radītu fiziskus bojājumus, kopējā režīma spriegums neietekmē Halla efekta ierīces darbību.
Kad elektriskā strāva plūst cauri jebkuram materiālam, elektroni strāvā dabiski pārvietojas taisnā līnijā, elektrībai uzlādējoties radot savu magnētisko lauku.
Ja elektriski uzlādēts materiāls tiek novietots starp pastāvīgā magnēta poliem, tā vietā, lai kustētos taisnā līnijā, elektroni novirzīsies uz izliektu ceļu, pārvietojoties pa materiālu. Tas notiek tāpēc, ka viņu pašu magnētiskais lauks reaģē uz pastāvīgā magnēta kontrastējošo lauku.
Šīs jaunās izliektās kustības rezultātā elektriski lādētā materiāla vienā pusē atrodas vairāk elektronu. Pateicoties tam, materiālam taisnā leņķī pret magnētisko lauku parādīsies potenciāla atšķirība (vai spriegums) gan no pastāvīgā magnēta, gan no elektriskās strāvas plūsmas.
Tātad, kā darbojas Hallas efekta sensors?
Izmantojot pusvadītājus (piemēram, silīciju), Hall efekta sensori darbojas, mērot mainīgo spriegumu, kad ierīce tiek novietota magnētiskajā laukā. Citiem vārdiem sakot, tiklīdz Hall efekta sensors konstatē, ka tas tagad atrodas magnētiskajā laukā, tas spēj uztvert objektu stāvokli.
Hallas efekta sensori un magnēti
Magnēti ir raksturīgi Hall efekta sensoriem, kurus aktivizē ārēja magnētiskā lauka klātbūtne. Ierīce pēc tam spēj uztvert, kā objekts pārvietojas tuvāk vai tālāk, izmantojot dažādus magnētiskā lauka stiprumus.
Piemēram, ja Hola efekta sensors būtu ievietots durvju rāmī un magnēts uz durvīm, sensors varētu noteikt, kad durvis ir atvērtas vai aizvērtas, izmantojot magnētisko lauku.
Visiem magnētiskajiem laukiem ir divas svarīgas īpašības. Pirmkārt, tas, ko sauc par "plūsmas blīvumu", kas attiecas uz magnētiskās plūsmas daudzumu, kas iet caur laukuma vienību, un, otrkārt, visiem magnētiem ir divas polaritātes (ziemeļu un dienvidu pols).
Izejas signāls, kas nāk no Hall efekta sensora, atspoguļo magnētiskā lauka blīvumu ap ierīci. Hall efekta sensoriem ir iepriekš iestatīts slieksnis, un, kad magnētiskās plūsmas blīvums pārsniedz šo robežu, ierīce spēj noteikt magnētisko lauku, ģenerējot izvadi, ko sauc par "Hall Voltage".
Visu Hallas efekta sensoru iekšpusē ir plāns pusvadītāju materiāla gabals, kas caur sevi laiž nepārtrauktu elektrisko strāvu, lai radītu magnētisko lauku. Kad ierīce tiek novietota ārēja magnēta tuvumā, magnētiskā plūsma iedarbojas uz pusvadītāju materiālu. Šis spēks izraisa elektronu kustību, radot izmērāmu Hola spriegumu un aktivizējot Hola efekta sensoru.
Halla efekta sensora izejas Hall spriegums ir tieši proporcionāls magnētiskā lauka stiprumam, kas iet caur pusvadītāju materiālu. Bieži vien šis izejas spriegums ir diezgan mazs — tikai daži mikrovolti — ar daudzām Hola efekta ierīcēm, tostarp iebūvētiem līdzstrāvas pastiprinātājiem, kā arī loģiskās komutācijas ķēdēm un sprieguma regulatoriem, kas palīdz uzlabot jutību (un līdz ar to arī efektivitāti). no ierīces.
Hola efektu var novērot, kad magnētiskā lauka, kas iziet cauri paraugam, un strāvas kombinācija parauga garumā rada elektrisko strāvu, kas ir perpendikulāra gan magnētiskajam laukam, gan strāvai, kas savukārt rada šķērsvirziena spriegumu, kas ir perpendikulārs abiem. Pamatprincips ir Lorenca spēks: spēks uz punktveida lādiņu, ko rada elektromagnētiskie lauki
Hallas efekta mērījumi ir nenovērtējami, lai raksturotu pusvadītāju materiālus neatkarīgi no tā, vai tie ir uz silīcija bāzes, salikti pusvadītāji, plānslāņa materiāli saules baterijām vai nanomēroga materiāli, piemēram, grafēns. Mērījumi aptver zemu pretestību (augsti leģētus pusvadītāju materiālus, augstas temperatūras supravadītājus, atšķaidītus magnētiskos pusvadītājus un GMR/TMR materiālus) un augstas pretestības pusvadītāju materiālus, tostarp daļēji izolējošus GaAs, gallija nitrīdu un kadmija telurīdu.
Hola efekta mērīšanas sistēma ir noderīga dažādu materiāla parametru noteikšanai, bet primārais ir Hola spriegums (HH). Nesēja mobilitāte, nesēja koncentrācija (n), Hola koeficients (RH), pretestība, magnētiskā pretestība (RB) un nesēja vadītspējas veids (N vai P) ir iegūti no Hola sprieguma.
Tā kā pētnieki izstrādā nākamās paaudzes IC un efektīvākus pusvadītāju materiālus, viņus īpaši interesē materiāli ar augstu nesēja mobilitāti, kas ir izraisījis lielu interesi par grafēnu. Šai viena atoma biezajai oglekļa formai piemīt kvantu Hola efekts un tā rezultātā relativistiskā elektronu strāvas plūsma. Pētnieki uzskata, ka Hall efekta mērījumi ir ļoti svarīgi elektronikas nozares nākotnei
Materiāli ar augstu nesēja mobilitāti ļauj izveidot ierīces, kas nodrošina maksimālu strāvas plūsmu ar zemākiem jaudas līmeņiem ar ātrāku pārslēgšanās laiku un lielāku joslas platumu. Manipulācija ar Ohma likumu parāda nesēja mobilitātes nozīmi strāvas palielināšanā. Strāva ir tieši proporcionāla nesēja mobilitātei
Iespējas, lai maksimāli palielinātu strāvas plūsmu caur ierīci, ietver sprieguma palielināšanu, lādiņa nesēju koncentrāciju, parauga šķērsgriezuma laukumu vai lādiņu nesēju mobilitāti. Visiem, izņemot pēdējo, ir nopietni trūkumi.
Mobilitātes mērīšana
Pirmais solis, lai noteiktu nesēja mobilitāti, ir mērīt Hola spriegumu (VH), piespiežot gan magnētisko lauku, kas ir perpendikulārs paraugam (B), gan strāvu caur paraugu (I). Šī kombinācija rada šķērsvirziena strāvu. Iegūtais potenciāls (VH) tiek mērīts visā ierīcē. Nepieciešami arī precīzi mērījumi gan parauga biezumam (t), gan tā pretestībai (r). Pretestību var noteikt, izmantojot četru punktu zondi vai van der Pauw mērīšanas metodi. Ar šiem pieciem parametriem (B, I, VH, t un pretestību) var aprēķināt Hall mobilitāti:
Gan Hall spriegumi, gan izmērītā van der Pauw pretestība parasti ir diezgan maza, tāpēc pareizas mērīšanas un vidējās noteikšanas metodes ir būtiskas precīziem mobilitātes rezultātiem.
Hall efekta sensors jeb Hall efekta devējs ir integrēts sensors, kura pamatā ir Hola efekts un sastāv no Hola elementa un tā palīgķēdes. Hall sensors tiek plaši izmantots rūpnieciskajā ražošanā, transportēšanā un ikdienas dzīvē. No halles sensora iekšējās struktūras vai lietošanas procesā jūs atklāsiet, ka pastāvīgais magnēts ir svarīga darba daļa.
Holas efekts būtībā ir kustīgu lādētu daļiņu novirze, ko izraisa Lorenca spēks magnētiskajā laukā. Ja uzlādētas daļiņas (elektroni vai caurumi) atrodas cietos materiālos, šī novirze izraisa pozitīvo un negatīvo lādiņu uzkrāšanos virzienā, kas ir perpendikulārs strāvai un magnētiskajam laukam, tādējādi veidojot papildu šķērsvirziena elektrisko lauku.
Mēs zinām, ka tad, kad elektroni pārvietojas magnētiskajā laukā, tos ietekmēs Lorenca spēks. Tāpat kā iepriekš, vispirms apskatīsim attēlu kreisajā pusē. Kad elektrons virzās uz augšu, tā radītā strāva virzās uz leju. Nu, izmantosim kreisās rokas likumu, ļaujiet magnētiskā lauka B magnētiskās sensora līnijai (iešauts ekrānā) iekļūt plaukstā, tas ir, plaukstas plauksta ir uz āru, un rādīsim četrus pirkstus uz strāvas virziens, tas ir, četri punkti uz leju. Tad īkšķa virziens ir elektrona spēka virziens. Elektroni tiek spiesti pa labi, tāpēc lādiņš plānā plāksnē ārējā magnētiskā lauka ietekmē sasvērsies uz vienu pusi. Ja elektrons sasveras pa labi, kreisajā un labajā pusē veidosies potenciālu starpība. Kā parādīts attēlā pa labi, ja voltmetrs ir savienots ar kreiso un labo pusi, spriegums tiks noteikts. Tas ir halles indukcijas pamatprincips. Noteikto spriegumu sauc par halles inducēto spriegumu. Ja ārējais magnētiskais lauks tiek noņemts, Halla spriegums pazūd. Ja attēlots ar attēlu, Hallas efekts ir līdzīgs šim attēlam:
Es: Pašreizējais virziens,
B: ārējā magnētiskā lauka virziens,
V: Halles spriegums, un mazos punktus kastē var uzskatīt par elektroniem.
No Hall sensora darbības principa var secināt, ka Hola efekta sensors ir aktīvs sensors, kura darbībai ir nepieciešama ārēja barošana un magnētiskais lauks. Ņemot vērā prasības attiecībā uz nelielu tilpumu, vieglu svaru, zemu enerģijas patēriņu un ērtu lietošanu sensora lietošanā, ārējā magnētiskā lauka padevei tiek izmantots vienkāršs pastāvīgais magnēts, nevis sarežģīts elektromagnēts. Turklāt galvenajos četros pastāvīgo magnētu veidos SmCo un NdFeB retzemju magnētiem ir tādas priekšrocības kā augstas magnētiskās īpašības un stabila darba stabilitāte, kas ļauj augstas veiktspējas Hall efekta devējam vai sensoram sasniegt precizitāti, jutību un uzticamus mērījumus. Tāpēc NdFeB un SmCo vairāk izmanto kā Hall efekta devēja magnētus.
Mūsu rūpnīca
Dexing Magnet atrodas Sjameņas pilsētā, Ķīnā, kas ir skaista pussala un starptautiska jūras osta, ar rūpnīcu Jiangsu, Zhejiang China, tika dibināta 1985. gadā, agrākā identitāte ir viena militārā rūpnīca, kas pēta un attīsta sakaru daļas, iekārtu vēlāk 1995. gadā iegādājās Dexing Group.
FAQ
Kā viens no vadošajiem halles efekta mērīšanas sistēmu ražotājiem un piegādātājiem Ķīnā, mēs sirsnīgi sveicam jūs mūsu rūpnīcā iegādāties pielāgotu zāles efekta mērīšanas sistēmu. Visas iekārtas ir ar augstu kvalitāti un konkurētspējīgu cenu.