Система за измерване на ефекта на Хол

Xiamen Dexing Magnet Tech. ООД.

Dexing Magnet е голямо предприятие с отлично качество и перфектно обслужване в международната индустрия за магнитометри и машини.

Защо да изберете нас

Професионален екип

Разполага с група опитни техници и мениджъри в магнитометъра и магнитната индустрия.

Отлично качество

Той е въвел напреднали технологии от Япония и Европа, сътрудничи си с местни университети и научноизследователски институти и може да произвежда пълни комплекти магнитоелектрическо оборудване.

Добро обслужване

Ние предлагаме цялостно решение за персонализиране, съобразено със специфичните нужди и изисквания на нашите клиенти.

Решение на едно гише

Предоставяне на техническа поддръжка, отстраняване на проблеми и услуги по поддръжка.

Какво представлява системата за измерване на ефекта на Хол?

Ефектът на Хол е явление, което създава разликата в напрежението (напрежението на Хол) в електрически проводник, напречно на електрически ток в проводника и на приложено магнитно поле, перпендикулярно на тока.

Разбиране и прилагане на ефекта на Хол

Ефектът на Хол е открит от Едуин Хол през 1879 г., но минаха много години, преди технологичното развитие да направи възможно интегралните схеми да се възползват напълно от това явление. Днес интегралните схеми на сензорите с ефект на Хол предлагат удобен начин за постигане на точни измервания на тока, които поддържат електрическа изолация между пътя на измерения ток и измервателната верига.

От Лоренц до Хол
Ефектът на Хол е продължение на силата на Лоренц, която описва силата, упражнена върху заредена частица - като електрон - движеща се през магнитно поле. Ако магнитното поле е ориентирано перпендикулярно на посоката на движение на електрона, електронът изпитва сила, която е перпендикулярна както на посоката на движение, така и на ориентацията на магнитното поле.

Използване на ефекта на Хол
Напреженията, генерирани чрез ефекта на Хол, са малки в сравнение с шума, отместванията и температурните ефекти, които обикновено влияят върху веригата, и по този начин практичните сензори, базирани на ефекта на Хол, не бяха широко разпространени, докато напредъкът в полупроводниковата технология не позволи силно интегрирани компоненти, които включват Елемент на Хол и допълнителни вериги, необходими за усилване и кондициониране на напрежението на Хол. Все пак сензорите с ефект на Хол са ограничени в способността си да измерват малки токове. Например, ACS712 от Allegro MicroSystems има чувствителност от 185 mV/A. Това означава, че ток от 10 mA ще произведе изходно напрежение от само 1,85 mV. Това напрежение може да е приемливо, ако веригата има ниско ниво на шума, но ако резистор от 2 Ω може да бъде включен в токовия път, полученото изходно напрежение от 20 mV би било голямо подобрение.

Ефектът на Хол е подходящ за различни сензорни приложения; устройства, базирани на тази относително проста връзка между ток, магнитно поле и напрежение, могат да се използват за измерване на позиция, скорост и сила на магнитното поле. В тази статия обаче ще се съсредоточим върху устройства, които измерват тока чрез напрежението на Хол, генерирано, когато магнитно поле, индуцирано от измерения ток, се концентрира към интегриран елемент с ефект на Хол.

Предимства и недостатъци
Характеристиките на ефективността варират от един сензор за ток с ефект на Хол до друг, така че е трудно да се обобщят точно предимствата и недостатъците на отчитането на ефекта на Хол в сравнение с другата обща техника за измерване на ток; а именно вмъкване на прецизен резистор в токовия път и измерване на резултантния спад на напрежението с диференциален усилвател. Като цяло обаче сензорите с ефект на Хол се оценяват като "ненатрапчиви" и за осигуряване на електрическа изолация между токовия път и измервателната верига. Тези устройства се считат за ненатрапчиви, тъй като не се вкарва значително количество съпротивление в токовия път и по този начин веригата, която се измерва, се държи почти така, сякаш сензорът не присъства. Допълнително предимство е, че минималната мощност се разсейва от сензора; това е особено важно при измерване на големи токове.

Що се отнася до точността, наличните в момента сензори с ефект на Хол могат да постигнат изходна грешка до 1%. Една добре проектирана резистивна верига за измерване на ток може да надмине това, но 1% обикновено би бил достатъчен в приложенията с висок ток/високо напрежение, за които устройствата с ефект на Хол са особено подходящи.

Изолация
Едно от доминиращите предимства на сензорите с ефект на Хол е електрическата изолация, която в контекста на проектиране на верига или система често се нарича галванична изолация. Принципът на галваничната изолация е включен винаги, когато проектът изисква две вериги да комуникират по начин, който предотвратява директен поток от електрически ток. Един прост пример е, когато цифров сигнал преминава през оптоизолатор, който преобразува импулсите на напрежение в светлинни импулси и по този начин предава данни оптично, а не електрически. Една от основните причини за прилагане на галванична изолация е да се предотвратят проблеми, свързани със заземителни вериги:

Основните принципи на проектиране на верига предполагат, че взаимосвързаните компоненти споделят общ заземен възел, за който се предполага, че е на 0 V. В реалния живот обаче „заземителният възел“ е съставен от проводници с различно от нула съпротивление и тези проводници служат като обратен път за тока, протичащ от веригата обратно към захранването. Законът на Ом ни напомня, че токът и съпротивлението създават напрежение и тези спадове на напрежението в връщащия път означават, че "земята" в една част на веригата или системата не е със същия потенциал като "земята" в друга част. Тези разлики в земния потенциал могат да доведат до проблеми, вариращи от незначителни до катастрофални.

Като предотвратява протичането на постоянен ток между две вериги, галваничната изолация позволява на вериги с различни земни потенциали да комуникират успешно. Това е особено важно за приложения за измерване на ток: сензор за ниско напрежение и верига за обработка може да се наложи да наблюдават големи, силно променливи токове в, например, верига за задвижване на мотор. Тези големи, бързо променящи се токове ще доведат до значителни колебания на напрежението в обратния път. Сензор с ефект на Хол позволява на системата както да следи тока на задвижване, така и да защитава високопрецизната сензорна верига от тези вредни колебания на земята.

Напрежение в общ режим
Друго важно приложение на сензорите с ефект на Хол са измерванията на ток, включващи високо напрежение. В резистивна верига за измерване на ток, диференциален усилвател измерва разликата в напрежението между едната страна на резистора и другата. Проблем обаче възниква, когато тези напрежения са големи спрямо земния потенциал:

Реалните усилватели имат ограничен "обхват на общ режим", което означава, че устройството няма да функционира правилно, когато входните напрежения, макар и малки едно спрямо друго, са твърде големи спрямо земята. Диапазоните на общия режим на усилвателите с токов контрол обикновено не надхвърлят 80 или 100 V. Сензорите с ефект на Хол, от друга страна, могат да преобразуват тока в напрежение, без да се позовават на земния потенциал на измерваната верига. Следователно, докато напреженията не са достатъчно големи, за да причинят физическа повреда, напрежението в общ режим не влияе върху работата на устройството с ефект на Хол.

Как работят сензорите с ефект на Хол?

Когато електрически ток протича през някакъв материал, електроните в тока естествено се движат по права линия, като електричеството създава свое собствено магнитно поле, докато се зарежда.

Ако електрически зареденият материал се постави между полюсите на постоянен магнит, вместо да се движат по права линия, електроните вместо това ще се отклонят в извита траектория, докато се движат през материала. Това се случва, защото собственото им магнитно поле реагира на контрастното поле на постоянния магнит.

В резултат на това ново извито движение повече електрони присъстват от едната страна на електрически заредения материал. Чрез това ще се появи потенциална разлика (или напрежение) в материала под прав ъгъл спрямо магнитното поле, както от постоянния магнит, така и от потока на електрическия ток.

И така, как работи сензорът с ефект на Хол?
Използвайки полупроводници (като силиций), сензорите с ефект на Хол работят чрез измерване на променящото се напрежение, когато устройството е поставено в магнитно поле. С други думи, след като сензор с ефект на Хол открие, че сега е в магнитно поле, той може да усети позицията на обектите.

Сензори и магнити с ефект на Хол
Магнитите са присъщи на сензорите с ефект на Хол, които се активират от наличието на външно магнитно поле. След това устройството може да усети, когато даден обект се приближава или отдалечава, само чрез различната сила на магнитното поле.

Като пример, ако сензор с ефект на Хол е поставен в рамка на врата и магнит върху вратата, сензорът ще може да открие кога вратата е отворена или затворена чрез наличието на магнитно поле.

Всички магнитни полета имат две важни характеристики. Първо, това, което се нарича „плътност на потока“, което се отнася до количеството магнитен поток, преминаващ през единица площ, и второ, всички магнити имат две полярности (северен и южен полюс).

Изходният сигнал, който излиза от сензор с ефект на Хол, представлява плътността на магнитното поле около устройството. Сензорите с ефект на Хол имат предварително зададен праг и когато плътността на магнитния поток надвиши тази граница, устройството е в състояние да открие магнитното поле чрез генериране на изход, наречен „напрежение на Хол“.

Всички сензори с ефект на Хол имат тънко парче полупроводников материал вътре в тях, което пропуска непрекъснат електрически ток през себе си, за да генерира магнитно поле. Когато устройството е поставено близо до външен магнит, магнитният поток упражнява сила върху полупроводниковия материал. Тази сила предизвиква движение на електрони, създавайки измеримо напрежение на Хол и активирайки сензора за ефект на Хол.

Изходното напрежение на Хол от сензора с ефект на Хол е право пропорционално на силата на магнитното поле, преминаващо през полупроводниковия материал. Често това изходно напрежение е доста малко - равно на само няколко микроволта - с много устройства с ефект на Хол, включително вградени DC усилватели, заедно с логически превключващи вериги и регулатори на напрежение, които са там, за да помогнат за подобряване на чувствителността (и следователно ефективността) на устройството.

Измерванията на ефекта на Хол са от съществено значение за характеризиране на висока мобилност на носител

Ефектът на Хол може да се наблюдава, когато комбинацията от магнитно поле през проба и ток по дължината на пробата създава електрически ток, перпендикулярен както на магнитното поле, така и на тока, което от своя страна създава напречно напрежение, перпендикулярно и на двете. Основният принцип е силата на Лоренц: силата върху точков заряд, дължаща се на електромагнитни полета

Измерванията на ефекта на Хол са безценни за характеризиране на полупроводникови материали, независимо дали са базирани на силиций, съставни полупроводници, тънкослойни материали за слънчеви клетки или наномащабни материали като графен. Измерванията обхващат полупроводникови материали с ниско съпротивление (силно легирани полупроводникови материали, високотемпературни свръхпроводници, разредени магнитни полупроводници и GMR/TMR материали) и полупроводникови материали с високо съпротивление, включително полуизолиращ GaAs, галиев нитрид и кадмиев телурид.

Системата за измерване на ефекта на Хол е полезна за определяне на различни параметри на материала, но основният е напрежението на Хол (VH). Подвижността на носителя, концентрацията на носител (n), коефициентът на Хол (RH), съпротивлението, магнитосъпротивлението (RB) и типът проводимост на носителя (N или P) са получени от напрежението на Хол.

Тъй като изследователите разработват интегрални схеми от следващо поколение и по-ефективни полупроводникови материали, те се интересуват особено от материали с висока мобилност на носителя, което е това, което предизвика голяма част от интереса към графена. Тази форма на въглерод с дебелина от един атом проявява квантовия ефект на Хол и в резултат на това протича релативистичен електронен ток. Изследователите смятат измерванията на ефекта на Хол за решаващи за бъдещето на електронната индустрия

Материалите с висока мобилност на носителя позволяват създаването на устройства, които получават максимален токов поток при по-ниски нива на мощност с по-бързи времена на превключване и по-висока честотна лента. Манипулирането на закона на Ом показва значението на мобилността на носителя за максимизиране на тока. Токът е право пропорционален на мобилността на носителя

Опциите за максимизиране на токовия поток през устройство включват увеличаване на напрежението, концентрацията на носители на заряд, площта на напречното сечение на пробата или мобилността на носителите на заряд. Всички с изключение на последния имат сериозни недостатъци.

Измерване на мобилността
Първата стъпка при определяне на подвижността на носителя е да се измери напрежението на Хол (VH) чрез принуждаване на магнитно поле, перпендикулярно на пробата (B), и ток през пробата (I). Тази комбинация създава напречен ток. Полученият потенциал (VH) се измерва в устройството. Необходими са също точни измервания както на дебелината на пробата (t), така и на нейното съпротивление (r). Съпротивлението може да се определи, като се използва или четириточкова сонда, или техниката за измерване на van der Pauw. Само с тези пет параметъра (B, I, VH, t и съпротивление) може да се изчисли подвижността на Хол:
Както напреженията на Хол, така и измереното съпротивление на ван дер Пау обикновено са доста малки, така че правилните техники за измерване и осредняване са критични за точните резултати за мобилност.

Защо са необходими постоянни магнити в сензорите с ефект на Хол

Сензорът с ефект на Хол или преобразувателят с ефект на Хол е интегриран сензор, базиран на ефекта на Хол и съставен от елемент на Хол и неговата спомагателна верига. Сензорът на Хол се използва широко в промишленото производство, транспорта и ежедневието. От вътрешната структура на сензора на Хол или в процеса на употреба ще откриете, че постоянният магнит е важна работна част.

Ефектът на Хол е по същество отклонението на движещи се заредени частици, причинено от силата на Лоренц в магнитното поле. Когато заредени частици (електрони или дупки) са затворени в твърди материали, това отклонение води до натрупване на положителни и отрицателни заряди в посока, перпендикулярна на тока и магнитното поле, като по този начин се образува допълнително напречно електрическо поле.

Знаем, че когато електроните се движат в магнитно поле, те ще бъдат повлияни от силата на Лоренц. Както по-горе, нека първо погледнем снимката вляво. Когато електронът се движи нагоре, генерираният от него ток се движи надолу. Е, нека използваме правилото на лявата ръка, нека магнитната сензорна линия на магнитно поле B (изстрел в екрана) проникне в дланта на ръката, тоест дланта на ръката е навън, и насочете четири пръста към текуща посока, тоест четири точки надолу. Тогава посоката на палеца е посоката на силата на електрона. Електроните са принудени да се движат надясно, така че зарядът в тънката плоча ще се наклони на една страна под действието на външното магнитно поле. Ако електронът се наклони надясно, ще се образува потенциална разлика от лявата и дясната страна. Както е показано на фигурата вдясно, ако волтметърът е свързан към лявата и дясната страна, напрежението ще бъде открито. Това е основният принцип на холовата индукция. Откритото напрежение се нарича индуцирано напрежение на Хол. Ако външното магнитно поле се премахне, напрежението на Хол изчезва. Ако е представен чрез изображение, ефектът на Хол е като следната фигура:

I: Текуща посока,

B: Посока на външното магнитно поле,

V: напрежение на Хол и малките точки в полето могат да се разглеждат като електрони.

От принципа на работа на сензора на Хол може да се установи, че сензорът с ефект на Хол е активен сензор, който трябва да изисква външно захранване и магнитно поле, за да работи. Като се имат предвид изискванията за малък обем, леко тегло, ниска консумация на енергия и удобна употреба при приложението на сензора, за захранване на външното магнитно поле се използва обикновен постоянен магнит, а не сложен електромагнит. Освен това, в основните четири вида постоянни магнити, редкоземните магнити SmCo и NdFeB имат предимства като високи магнитни свойства и стабилна работна стабилност, което може да позволи на високопроизводителен преобразувател или сензор с ефект на Хол да достигне точност, чувствителност и надеждни измервания. Следователно NdFeB и SmCo се използват повече като преобразувателни магнити с ефект на Хол.

Нашата фабрика

Dexing Magnet се намира в град Ксиамен, Китай, който е красив полуостров и международно морско пристанище, с фабрика в Jiangsu, Zhejiang China, основана през 1985 г., бившата идентичност е една военна фабрика, изследваща и разработвайки комуникационни части, това по-късно съоръжението е придобито от Dexing Group през 1995 г.

ЧЗВ

Въпрос: Какво представлява системата за измерване на ефекта на Хол?

О: Ефектът на Хол е явление, което създава разликата в напрежението (напрежението на Хол) в електрически проводник, напречно на електрически ток в проводника и на приложено магнитно поле, перпендикулярно на тока.

Въпрос: Какво представлява техниката за измерване на Хол?

О: Основната конфигурация за измерване на ефекта на Хол вероятно ще включва следните компоненти и допълнителни екстри: Източник на постоянен ток с величина, която зависи от съпротивлението на пробата. За проби от материал с ниско съпротивление, източникът трябва да може да извежда ток от милиампери до ампери.

Въпрос: Каква е простата дефиниция на ефекта на Хол?

О: Ефектът на Хол е отклонението на електрони (дупки) в n-тип (p-тип) полупроводник с ток, протичащ перпендикулярно на магнитно поле. Отклонението на тези заредени носители създава напрежение, наречено напрежение на Хол, чийто поляритет зависи от ефективния заряд на носителя.

В: Какво ни позволява да определим ефектът на Хол?

О: Обратно, ако магнитното поле е известно, ефектът на Хол може да се използва за характеризиране на скоростта на дрейфа на електроните и други микроскопични величини за материала, от който е направена сондата на Хол. Ефектът на Хол ни позволява да определим, че текат отрицателни, а не положителни заряди.

Въпрос: Какво представлява ефектът на Хол за манекени?

О: Ефектът на Хол е движението на електрони през проводник към магнитно привличане. Той причинява измерима разлика в напрежението в проводника, така че едната страна е положително заредена, а другата отрицателно.

В: Какво измерва токът на ефекта на Хол?

A: Сензорът за ток с ефект на Хол позволява контрол в реално време в слънчеви инверторни системи с подсилени работни напрежения до 1100 V. Сензорите за ток с ефект на Хол позволяват измервания на ток за релси до 1100 V, с подсилена изолация, за да се гарантира безопасността на други системна електроника.

Въпрос: Как ефектът на Хол измерва скоростта?

О: Ако елемент на Хол е монтиран близо до въртящата се маса, когато въртящата се маса се върти с вала, елементът на Хол се влияе от магнитно поле, генерирано от магнита, така че извежда импулсен сигнал, чиято честота е пропорционална на скоростта, тогава скоростта може да бъде изчислена чрез измерване на импулсния период или честота.

Въпрос: Какво представлява приемникът с ефект на Хол, използван за измерване?

A: Приемането на ефекта на Хол може да се използва за измерване на ток чрез магнитно поле, създадено поради протичане на ток.

В: Ефектът на Хол верен ли е за метали и полупроводници?

A: Той гласи, че ако образец (метал или полупроводник), пренасящ ток (I), се постави в напречно магнитно поле (B), електрическо поле се индуцира в посока, перпендикулярна на I и B.

Въпрос: Защо ефектът на Хол е толкова важен?

О: Ефектът на Хол може да се използва и за измерване на плътността на токоносителите, тяхната свобода на движение или мобилност, както и за откриване на наличието на ток върху магнитно поле.

Въпрос: Какъв е основният принцип на ефекта на Хол?

О: Принципът на ефекта на Хол гласи, че когато проводник с ток или полупроводник се въведе в перпендикулярно магнитно поле, напрежението може да бъде измерено под прав ъгъл спрямо пътя на тока. Този ефект на получаване на измеримо напрежение е известен като ефект на Хол.

Въпрос: Каква е целта на ефекта на Хол?

О: Ефектът на Хол е основен за физиката на твърдото тяло и важен диагностичен инструмент за характеризиране на материали – особено на полупроводници. Той осигурява директно определяне както на знака на носителите на заряд, например електрон или дупки (приложение А), така и на тяхната плътност в дадена проба.

Въпрос: Какво представлява ефектът на Хол при измерване?

О: В резултат на това ефектът на Хол е много полезен като средство за измерване или на плътността на носителя, или на магнитното поле. Една много важна характеристика на ефекта на Хол е, че той прави разлика между положителните заряди, движещи се в една посока, и отрицателните заряди, движещи се в противоположната.

Въпрос: За какво се използва ефектът на Хол в реалния живот?

О: Приложенията за интегрални схеми с ефект на Хол включват използване в системи за запалване, контрол на скоростта, системи за сигурност, контроли за подравняване, микрометри, механични крайни превключватели, компютри, принтери, дискови устройства, клавиатури, машинни инструменти, ключови превключватели и превключватели с бутони.

В: Какво не може да се определи чрез ефекта на Хол?

О: Ефектът на Хол не може да се използва за определяне на магнитното поле, което не действа перпендикулярно на посоката на електрическото поле.

Въпрос: Какво можете да намерите, като използвате ефекта на Хол?

О: И така, ефектът на Хол се използва за измерване на концентрацията на носители на заряд на полупроводниците или изолаторите и напрежението, произведено от магнитното поле.

Въпрос: Каква е същността на ефекта на Хол?

О: По същество ефектът на Хол се отнася до носители на заряд (най-често електрони), движещи се в посока под прав ъгъл както към електрически ток, така и към магнитно поле.

Въпрос: В какво устройство с ефект на Хол открива промяна?

О: Използвайки полупроводници (като силиций), сензорите с ефект на Хол работят чрез измерване на променящото се напрежение, когато устройството е поставено в магнитно поле. С други думи, след като сензор с ефект на Хол открие, че сега е в магнитно поле, той може да усети позицията на обектите.

Въпрос: Каква е целта на измерването на Хол?

О: Измерването на ефекта на Хол и съпротивлението предоставя изобилие от информация като плътност на носителите, подвижността на носителите и вида на носителите. Плътността на носителя е броят на подвижните носители на обем в материала, а за полупроводниците е свързана с легирането на полупроводника.

Въпрос: Как ефектът на Хол измерва тока?

О: Те се състоят от сензор с ефект на Хол, монтиран в пролуката на магнитно ядро. Изходът от сензора с ефект на Хол се усилва и измерва полето, създадено от тока, без да има никакъв контакт с него. Това осигурява галванична изолация между веригата и сензора.

Като един от водещите производители и доставчици на системи за измерване на ефекта на Хол в Китай, горещо ви приветстваме да закупите персонализирана система за измерване на ефекта на Хол от нашата фабрика. Цялото оборудване е с високо качество и конкурентна цена.

Характеристика на материалната молекулярна динамика, напреднали магнитни материали, Заключване на усилвател за приложения за електронна търговия