Hall-effektus mérőrendszer
Xiamen Dexing Magnet Tech. Vállalat, KFT.
A Dexing Magnet egy kiváló minőségű és tökéletes szolgáltatást nyújtó nagyvállalat a nemzetközi magnetométer- és gépiparban.
Miért válasszon minket
Profi csapat
Tapasztalt technikusokból és menedzserekből álló csoporttal rendelkezik a magnetométer és a mágneses iparágakban.
Kiváló minőség
Fejlett technológiákat vezetett be Japánból és Európából, együttműködött hazai egyetemekkel és tudományos kutatóintézetekkel, és komplett magnetoelektromos berendezéseket tud gyártani.
Jó szolgáltatás
Átfogó testreszabási megoldást kínálunk ügyfeleink egyedi igényeinek és követelményeinek megfelelően.
Egyablakos megoldás
Műszaki támogatás, hibaelhárítás és karbantartási szolgáltatások nyújtása.
Mi az a Hall-effektus mérőrendszer?
A Hall-effektus egy olyan jelenség, amely feszültségkülönbséget (a Hall-feszültséget) hoz létre egy elektromos vezetőn, keresztirányban a vezetőben lévő elektromos áramra és az áramra merőlegesen alkalmazott mágneses térre.
A Hall-effektust Edwin Hall fedezte fel 1879-ben, de sok év telt el, mire a technológiai fejlődés lehetővé tette, hogy az integrált áramkörök teljes mértékben kihasználják ezt a jelenséget. Manapság a Hall-effektus érzékelő IC-k kényelmes módot kínálnak a pontos árammérés elérésére, amely fenntartja az elektromos szigetelést a mért áramút és a mérőáramkör között.
Lorentztől Hallig
A Hall-effektus a Lorentz-erő kiterjesztése, amely leírja a mágneses mezőn áthaladó töltött részecskére – például egy elektronra – kifejtett erőt. Ha a mágneses tér merőleges az elektron mozgási irányára, akkor az elektron olyan erőt fejt ki, amely merőleges mind a mozgás irányára, mind a mágneses tér orientációjára.
A Hall-effektus kihasználása
A Hall-effektus által generált feszültségek kicsik az áramkört jellemzően befolyásoló zajokhoz, eltolásokhoz és hőmérsékleti hatásokhoz képest, így a Hall-effektuson alapuló gyakorlati érzékelők nem terjedtek el széles körben mindaddig, amíg a félvezető technológia fejlődése lehetővé tette a magasan integrált alkatrészek használatát, amelyek Hall elem és további áramkörök szükségesek a Hall feszültség erősítéséhez és kondicionálásához. Ennek ellenére a Hall-effektus-érzékelők korlátozottan képesek kis áramokat mérni. Például az Allegro MicroSystems ACS712 érzékenysége 185 mV/A. Ez azt jelenti, hogy 10 mA áramerősség csak 1,85 mV kimeneti feszültséget eredményez. Ez a feszültség elfogadható lehet, ha az áramkör alacsony zajszintű, de ha egy 2 Ω-os ellenállást be lehetne vonni az áramútba, az így kapott 20 mV-os kimeneti feszültség jelentős előrelépést jelentene.
A Hall-effektus számos szenzoralkalmazásra vonatkozik; az áram, a mágneses tér és a feszültség ezen viszonylag egyszerű kapcsolatán alapuló eszközök helyzet, sebesség és mágneses térerősség mérésére használhatók. Ebben a cikkben azonban azokra az eszközökre összpontosítunk, amelyek a Hall-feszültségen keresztül mérik az áramot, amely akkor keletkezik, amikor a mért áram által indukált mágneses mező egy integrált Hall-effektus elem felé koncentrálódik.
Érvek és ellenérvek
A teljesítményjellemzők az egyes Hall-effektus-áramérzékelők között változnak, ezért nehéz pontosan összefoglalni a Hall-effektus-érzékelés előnyeit és hátrányait a másik általános áramérzékelő technikához képest; mégpedig egy precíziós ellenállás behelyezése az áramútba és az ebből eredő feszültségesés mérése differenciálerősítővel. Általánosságban azonban a Hall-effektus érzékelők „nem intruzív”-ként értékelik, és elektromos leválasztást biztosítanak az áramút és a mérőáramkör között. Ezeket az eszközöket nem intruzívnak tekintik, mivel az áramútba nincs jelentős ellenállás, és így a mért áramkör szinte úgy viselkedik, mintha az érzékelő nem lenne jelen. További előny, hogy az érzékelő minimális teljesítményt vesz fel; ez különösen fontos nagy áramok mérésekor.
Ami a pontosságot illeti, a jelenleg elérhető Hall-effektus érzékelők akár 1%-os kimeneti hibát is képesek elérni. Egy jól megtervezett ellenállásos áramérzékelő áramkör ezt felülmúlhatja, de általában 1% elegendő lenne a nagyáramú/nagyfeszültségű alkalmazásokban, amelyekre a Hall-effektusok különösen alkalmasak.
Elkülönítés
A Hall-effektus érzékelők egyik domináns előnye az elektromos leválasztás, amelyet áramkör- vagy rendszertervezési összefüggésben gyakran galvanikus leválasztásnak neveznek. A galvanikus leválasztás elve minden olyan esetben érvényesül, amikor a tervezés megköveteli, hogy két áramkör olyan módon kommunikáljon, amely megakadályozza az elektromos áram közvetlen áramlását. Egy egyszerű példa, amikor egy digitális jelet egy opto-leválasztón vezetnek át, amely a feszültségimpulzusokat fényimpulzusokká alakítja, és így nem elektromos, hanem optikailag továbbítja az adatokat. A galvanikus leválasztás megvalósításának egyik elsődleges oka a földhurokkal kapcsolatos problémák megelőzése:
Az áramkör tervezésének alapelvei azt feltételezik, hogy az összekapcsolt alkatrészeknek közös földcsomópontjuk van, amelyről feltételezzük, hogy 0 V. A való életben azonban a "földcsomópont" nullától eltérő ellenállású vezetőkből áll, és ezek a vezetékek szolgálnak mint visszatérő út az áramkörből visszafolyó áram számára a tápegységbe. Ohm törvénye emlékeztet bennünket arra, hogy az áram és az ellenállás feszültséget hoz létre, és ezek a feszültségesések a visszatérő úton azt jelentik, hogy az áramkör vagy a rendszer egyik részében a "föld" nem ugyanazon a potenciálon van, mint a másik részen a "föld". A talajpotenciál ezen különbségei az elhanyagolhatótól a katasztrofálisig terjedő problémákhoz vezethetnek.
A két áramkör közötti egyenáram megakadályozásával a galvanikus leválasztás lehetővé teszi a különböző földpotenciálú áramkörök sikeres kommunikációját. Ez különösen fontos az áramérzékelő alkalmazásoknál: egy kisfeszültségű érzékelőnek és feldolgozó áramkörnek szükség lehet nagy, erősen változó áramok figyelésére, például egy motor meghajtó áramkörében. Ezek a nagy, gyorsan változó áramok jelentős feszültségingadozásokhoz vezetnek a visszatérő úton. A Hall-effektus érzékelő lehetővé teszi a rendszer számára, hogy figyelje a hajtásáramot, és megvédje a nagy pontosságú érzékelő áramkörét ezektől a káros földingadozásoktól.
Közös üzemmódú feszültség
A Hall-effektus érzékelők másik fontos alkalmazása a nagyfeszültségű árammérés. Az ellenállásos áramérzékelő áramkörben a differenciálerősítő méri az ellenállás egyik és másik oldala közötti feszültségkülönbséget. Probléma merül fel azonban, ha ezek a feszültségek nagyok a földpotenciálhoz képest:
A valós erősítők korlátozott "közös üzemmódú tartományban" vannak, ami azt jelenti, hogy az eszköz nem fog megfelelően működni, ha a bemeneti feszültségek egymáshoz képest kicsik, de túl nagyok a földhöz képest. Az áramérzékelős erősítők közös üzemmódú tartományai általában nem haladják meg a 80 vagy 100 V-ot. A Hall-effektus érzékelők viszont képesek az áramot feszültséggé alakítani anélkül, hogy a mért áramkör testpotenciáljára vonatkozna. Következésképpen mindaddig, amíg a feszültségek nem elég nagyok ahhoz, hogy fizikai károsodást okozzanak, a közös módú feszültség nem befolyásolja a Hall-effektus készülék működését.
Amikor elektromos áram folyik át bármilyen anyagon, az áramban lévő elektronok természetesen egyenes vonalban mozognak, és az elektromosság töltés közben létrehozza saját mágneses terét.
Ha az elektromosan töltött anyagot egy permanens mágnes pólusai közé helyezzük, ahelyett, hogy egyenes vonalban mozognának, az elektronok ívelt pályára térnek át, miközben áthaladnak az anyagon. Ez azért történik, mert saját mágneses mezőjük reagál az állandó mágnes kontrasztos mezőjére.
Ennek az új ívelt mozgásnak köszönhetően több elektron van jelen az elektromosan töltött anyag egyik oldalán. Ezen keresztül potenciálkülönbség (vagy feszültség) jelenik meg az anyagon a mágneses térre merőlegesen, mind az állandó mágnestől, mind az elektromos áram áramlásától.
Szóval, hogyan működik a Hall-effektus érzékelő?
A félvezetőket (például szilíciumot) használó Hall-effektus-érzékelők a változó feszültség mérésével működnek, amikor az eszközt mágneses térbe helyezik. Más szóval, amint egy Hall-effektus-érzékelő érzékeli, hogy mágneses térben van, képes érzékelni a tárgyak helyzetét.
Hall-effektus érzékelők és mágnesek
A mágnesek a Hall-effektus érzékelőihez tartoznak, amelyeket külső mágneses mező aktivál. A készülék ezután képes érzékelni, ahogy egy tárgy közelebb vagy távolabb kerül, éppen a mágneses tér különböző erősségein keresztül.
Például, ha egy Hall-effektus érzékelőt helyeznek el az ajtókeretben, és egy mágnest az ajtón, az érzékelő a mágneses tér jelenlétén keresztül képes lenne érzékelni, hogy az ajtó nyitva vagy zárva van.
Minden mágneses mezőnek két fontos jellemzője van. Először is, az úgynevezett „fluxussűrűség”, amely az egységnyi területen áthaladó mágneses áramlás mértékére utal, másodszor pedig minden mágnes két polaritással rendelkezik (az északi és a déli pólus).
A Hall-effektus-érzékelőből kilépő kimenő jel a készülék körüli mágneses mező sűrűségét jelzi. A Hall-effektus érzékelők előre beállított küszöbértékkel rendelkeznek, és ha a mágneses fluxussűrűség meghaladja ezt a határt, a készülék képes érzékelni a mágneses teret a „Hall Voltage” nevű kimenet generálásával.
A Hall-effektus érzékelők mindegyikében van egy vékony félvezető anyag, amely folyamatos elektromos áramot vezet át magán mágneses mező létrehozása érdekében. Ha az eszközt egy külső mágnes közelébe helyezzük, a mágneses fluxus erőt fejt ki a félvezető anyagra. Ez az erő elektronmozgást okoz, mérhető Hall-feszültséget hoz létre és aktiválja a Hall-effektus érzékelőt.
A Hall-effektus érzékelő kimeneti Hall feszültsége egyenesen arányos a félvezető anyagon áthaladó mágneses tér erősségével. Ez a kimeneti feszültség gyakran meglehetősen kicsi - mindössze néhány mikrovoltnak felel meg - sok Hall-effektus eszközzel, beleértve a beépített DC erősítőket, valamint a logikai kapcsoló áramköröket és a feszültségszabályozókat, amelyek az érzékenység (és ezáltal a hatékonyság) javítását szolgálják. a készülékről.
A Hall-effektus akkor figyelhető meg, ha a mintán átmenő mágneses mező és a minta hosszában áramló áram kombinációja mind a mágneses térre, mind az áramra merőleges elektromos áramot hoz létre, amely viszont mindkettőre merőleges keresztirányú feszültséget hoz létre. Az alapelv a Lorentz-erő: az elektromágneses terek által okozott ponttöltésre ható erő
A Hall-effektus mérései felbecsülhetetlen értékűek a félvezető anyagok jellemzésében, legyenek azok szilícium alapúak, összetett félvezetők, napelemek vékonyréteg-anyagai vagy nanoméretű anyagok, például grafén. A mérések kis ellenállású (erősen adalékolt félvezető anyagok, magas hőmérsékletű szupravezetők, híg mágneses félvezetők és GMR/TMR anyagok) és nagy ellenállású félvezető anyagokra terjednek ki, beleértve a félig szigetelő GaAs-t, gallium-nitridet és kadmium-telluridot.
A Hall-effektus mérőrendszer különféle anyagparaméterek meghatározására alkalmas, de az elsődleges a Hall feszültség (VH). A vivőmobilitás, a vivőkoncentráció (n), a Hall-együttható (RH), az ellenállás, a mágneses ellenállás (RB) és a vivővezetőképesség típusa (N vagy P) mind a Hall-feszültségből származtathatók.
Ahogy a kutatók új generációs IC-ket és hatékonyabb félvezető anyagokat fejlesztenek, különösen érdeklődnek a nagy hordozómobilitású anyagok iránt, ami felkeltette a grafén iránti érdeklődést. Ez az egy atom vastagságú szénforma a kvantum Hall-effektust, és ennek eredményeként relativisztikus elektronáramot mutat. A kutatók a Hall-effektus mérését kulcsfontosságúnak tartják az elektronikai ipar jövője szempontjából
A nagy hordozómobilitású anyagok lehetővé teszik olyan eszközök létrehozását, amelyek maximalizálják az áramot alacsonyabb teljesítményszinten, gyorsabb kapcsolási idővel és nagyobb sávszélességgel. Az Ohm-törvény manipulálása megmutatja a hordozó mobilitásának fontosságát az áram maximalizálásában. Az áramerősség egyenesen arányos a hordozó mobilitásával
Az eszközön átfolyó áram maximalizálásának lehetőségei közé tartozik a feszültség növelése, a töltéshordozó-koncentráció, a minta keresztmetszete vagy a töltéshordozók mobilitása. Az utolsó kivételével mindegyiknek komoly hátrányai vannak.
Mobilitás mérése
A vivőmobilitás meghatározásának első lépése a Hall feszültség (VH) mérése a mintára (B) merőleges mágneses tér és a mintán (I) keresztül áramló erővel. Ez a kombináció keresztirányú áramot hoz létre. A kapott potenciált (VH) a készüléken keresztül mérik. A minta vastagságának (t) és ellenállásának (r) pontos mérése is szükséges. Az ellenállás meghatározható négypontos szondával vagy van der Pauw mérési technikával. Ezzel az öt paraméterrel (B, I, VH, t és ellenállás) kiszámítható a Hall-mobilitás:
Mind a Hall feszültségek, mind a mért van der Pauw ellenállás általában meglehetősen kicsi, így a megfelelő mérési és átlagolási technikák kritikusak a pontos mobilitási eredményekhez.
Hall-effektus-érzékelő vagy Hall-effektus-átalakító egy Hall-effektuson alapuló integrált érzékelő, amely Hall elemből és annak segédáramköréből áll. A Hall-érzékelőt széles körben használják az ipari termelésben, a szállításban és a mindennapi életben. A hall-érzékelő belső felépítéséből, vagy a használat során kiderül, hogy az állandó mágnes fontos munkadarab.
A Hall-effektus lényegében a mozgó töltött részecskék elhajlása, amelyet a Lorentz-erő okoz a mágneses térben. Amikor a töltött részecskék (elektronok vagy lyukak) szilárd anyagokba vannak zárva, ez az elhajlás pozitív és negatív töltések felhalmozódásához vezet az áramra és a mágneses térre merőleges irányban, így további keresztirányú elektromos mezőt képez.
Tudjuk, hogy amikor az elektronok mágneses térben mozognak, akkor Lorentz-erő hat rájuk. A fentiekhez hasonlóan először nézzük meg a bal oldali képet. Amikor az elektron felfelé mozog, az általa generált áram lefelé mozog. Nos, használjuk a balkéz szabályt, hagyjuk, hogy a B mágneses tér (a képernyőbe lőtt) mágneses érzékelő vonala behatoljon a tenyérbe, vagyis a tenyér kifelé áll, és négy ujjal mutassunk a áramirány, azaz négy ponttal lefelé. Ekkor a hüvelykujj iránya az elektron erőiránya. Az elektronok jobbra kényszerülnek, így a vékony lemez töltése a külső mágneses tér hatására oldalra billen. Ha az elektron jobbra billen, akkor a bal és a jobb oldalon potenciálkülönbség képződik. Amint a jobb oldali ábrán látható, ha a voltmérőt a bal és a jobb oldalra csatlakoztatja, a feszültség érzékeli. Ez a hall-indukció alapelve. Az észlelt feszültséget hall-indukált feszültségnek nevezzük. Ha a külső mágneses mezőt eltávolítják, a Hall feszültség eltűnik. Ha képpel ábrázoljuk, a Hall-effektus a következő ábrához hasonló:
I: Jelenlegi irány,
B: a külső mágneses tér iránya,
V: Hall feszültség, és a dobozban lévő kis pontok elektronnak tekinthetők.
A Hall érzékelő működési elve alapján megállapítható, hogy a Hall effektus érzékelő egy aktív érzékelő, amelynek működéséhez külső tápellátást és mágneses mezőt kell igényelnie. Figyelembe véve a kis térfogat, a könnyű súly, az alacsony energiafogyasztás és a kényelmes használat követelményeit az érzékelő alkalmazása során, a külső mágneses tér táplálására egyszerű állandó mágnest használnak, nem pedig összetett elektromágnest. Ezenkívül az állandó mágnesek négy fő típusában az SmCo és NdFeB ritkaföldfém mágnesek olyan előnyökkel rendelkeznek, mint a magas mágneses tulajdonságok és a stabil működési stabilitás, amelyek lehetővé teszik a nagy teljesítményű Hall-effektus átalakító vagy érzékelő pontosságát, érzékenységét és megbízható méréseit. Ezért az NdFeB és az SmCo többet használ Hall-effektus átalakító mágnesként.
A mi gyárunk
A Dexing Magnet a kínai Xiamen városában található, amely egy gyönyörű félsziget és egy nemzetközi tengeri kikötő, a gyárat Jiangsuban, Zhejiang China államban alapították 1985-ben, a korábbi identitás egy katonai gyár, amely kommunikációs alkatrészeket kutat és fejleszt. A létesítményt később 1995-ben a Dexing Group megvásárolta.
GYIK
Mint Kína egyik vezető csarnokhatás-mérő rendszer gyártója és beszállítója, szeretettel várjuk, hogy testreszabott csarnokhatás-mérő rendszert vásároljon gyárunkból. Minden berendezés kiváló minőségű és versenyképes áron.
Az automatizálás aktuális forrása, egyes mágnesek gyártógépei, Mágneses anyagok kutatáshoz és fejlesztéshez