Jutikliai – vienų fizinių dydžių keitikliai į kitą (dažniausiai į elektrinį) plačiai naudojami buitinėje ir pramoninėje įrangoje. Be jų labai sunku, o gal net neįmanoma išmatuoti, suskaitmeninti ir apdoroti tokius technologinius parametrus kaip slėgis ir srautas (dujos ar skystis), temperatūros, lygis, magnetinio ar elektrinio lauko stiprumas ir kt. Vienas iš plačiausiai naudojamų jutiklių yra Hall jutiklis – jie naudojami tiek kasdieniame gyvenime (pradedant nuo išmaniųjų telefonų ar nešiojamųjų kompiuterių), tiek sudėtingiausiose pramonės technologijose.
Turinys
Salės efektas – veikimo principas
Šį efektą 1879 metais atrado amerikiečių fizikas Edvinas Holas ir pavadino jo vardu.Reiškinio esmė ta, kad paėmus metalinę plokštę ir per ją praleidžiant elektros srovę (paveikslėlyje AB kryptimi), o tada plokštę veikiant magnetiniu lauku, pavyzdžiui, sukurtu nuolatinio magneto, tada statmena srovės eigai kryptimi (CD paveiksle ), bus potencialų skirtumas.
Šis efektas atsiranda dėl Lorenco jėgos, veikiančios judančius krūvius ir išstumiančius juos judėjimo krypčiai statmena kryptimi. Dėl to plokštės kraštuose atsiranda potencialų skirtumas, kurį galima išmatuoti arba panaudoti pavaroms įjungti (iš anksto sustiprinti). Šis skirtumas priklauso nuo:
- nuo tekančios srovės stiprumo;
- nuo magnetinio lauko stiprumo;
- apie laisvųjų krūvininkų koncentraciją laidininke.
Reiškinys pavadintas jo atradėjo vardu – Holo efektu.
Hallo jutiklių tipai ir išdėstymas
Poveikis, atrastas praėjusiame amžiuje, buvo praktiškai pritaikytas. Jos pagrindu statomi magnetinio lauko jutikliai. Jų privalumas yra tai, kad jie neturi judančių ir besitrinančių elementų (skirtingai nei nendriniai jungikliai), todėl jų patikimumas yra daug didesnis. Pagal jautrumo principą pramoniniai jutikliai Salės skirstomos į:
- vienpolis (reaguoti tik į vieną magnetinį polių – šiaurę arba pietus);
- bipolinis (įsijungti, kai veikia vieno poliškumo magnetinis laukas, išjungti, kai veikia priešingo poliškumo magnetinis laukas);
- daugiapolis - reaguoja į bet kokius magnetų polius.
Potencialų skirtumas, atsirandantis veikiant magnetiniam laukui judančius krūvius, yra vienetai, geriausiu atveju dešimtys mikrovoltų. Praktiniam pritaikymui to nepakanka, reikia padidinti potencialų skirtumą. Šie stiprintuvai yra įmontuoti tiesiai į jutiklių korpusą, o pagal stiprintuvo tipą įrenginiai skirstomi į dvi klases.
- Analoginis. Juose įtampa jutiklio išėjime yra proporcinga magnetiniam laukui (tai priklauso nuo magneto stiprumo ir atstumo nuo jo). Sukurtas operacinio stiprintuvo pagrindu ir yra naudojamas magnetiniams laukams matuoti.
- Skaitmeninis. Sumontavus stiprintuvą lyginamoji priemonė arba Schmitto trigeris. Išėjimo įtampa, magnetinei indukcijai pasiekus tam tikrą slenkstį, nuo nulio šokinėja iki aukšto lygio (dažniausiai iki maitinimo įtampos lygio). Tokie jutikliai naudojami kuriant magnetines reles arba impulsų generatorius. Sustiprintas signalas iš plokštės perduodamas slenksčio įtaisui. Kai pasiekiamas nustatytas lygis, jutiklis suveikia. Trigerio lygį galima reguliuoti keičiant atstumą nuo jutiklio iki magnetinio lauko šaltinio.
Hall jutiklių taikymas
Dažniausias Hall jutiklio pritaikymas kasdieniame gyvenime yra bekontakčio automobilio uždegimo sistemos. Jų pranašumas yra mechaninių kontaktinių grupių nebuvimas. Tai reiškia, kad nėra nusidėvėjimo, kontaktų nedegimo ir mechaninio gedimo pavojaus.
Paskirstymo sistemą sudaro plokštė su atbrailomis, kurias varo variklio alkūninis velenas, nuolatinis magnetas ir pats Hall jutiklis. Kai plokštė sukasi, iškyšos griežtai apibrėžtu momentu, nulemtu alkūninio veleno padėties, patenka į tarpą tarp jutiklio ir magneto, keičiant magnetinio lauko parametrus.Jutiklis generuoja su alkūninio veleno sukimu sinchronizuotus impulsus, kurie reikiamais laiko momentais reguliuoja įtampos tiekimą į aukštos įtampos ritę. Taip pat automobilyje esantys magnetinio lauko jutikliai naudojami alkūninio veleno padėčiai atpažinti.
Kitas magnetinio jautrumo jutiklių panaudojimas yra elektros variklių rotorių padėties nustatymas. Relės elementas yra sumontuotas ant variklio statoriaus ir įjungiamas, kai praeina polius. Šiuo principu galite sukurti sūkių skaitiklį arba greičio matuoklį.
Įrenginiai, sukurti ant Hall efekto, naudojami nešiojamuosiuose kompiuteriuose ar mobiliuosiuose įrenginiuose – kaip uždarytos dangčio padėties indikatorius. Kai jutiklis suveikia, kompiuteris pradeda miegoti arba išsijungia. O išmaniuosiuose telefonuose viena iš jutiklio, kuris reaguoja į Žemės magnetinį lauką, funkcijų yra elektroninio kompaso organizavimas.
Analoginiai Hall davikliai naudojami matavimo prietaisuose – kur reikia įvertinti magnetinio lauko lygį. Jie yra būtini bekontaktiniam srovės stiprumo matavimui laidininke. Kaip žinote, kai srovė praeina per laidininką, aplink jį susidaro magnetinis laukas. Jo intensyvumas priklauso nuo srovės stiprumo. Jei srovė yra kintamoji, lauką galima išmatuoti kitais būdais (pavyzdžiui, naudojant srovės transformatorių), tačiau esant nuolatinei srovei, Holo jutiklis yra būtinas. Šiuo principu veikia nuolatinės srovės spaustukai.
Egzotiškiausias Hall efekto pritaikymas – jo principu sukurta jonų raketų variklių konstrukcija.
Kaip patikrinti „Hall“ jutiklio veikimą
Norėdami patikrinti jutiklį, galite surinkti paprastą grandinę, kuriai, be paties jutiklio, jums reikės:
- maitinimo šaltinis norimai įtampai;
- rezistorius kurio varža apie 1 kOhm;
- Šviesos diodas;
- magnetas.
Jei LED nėra, vietoj jo (ir srovę ribojančio rezistoriaus) galite naudoti multimetrą (skaitmeninis arba rodyklė) įtampos matavimo režimu.
Specialių reikalavimų maitinimo šaltiniui nėra – srovės grandinėje labai mažos. Jo įtampa turi atitikti bandomojo jutiklio maitinimo įtampą. Šviesos diodas su anodu yra prijungtas prie įtampos šaltinio pliuso, katodas - prie bandomojo įrenginio išvesties, nes jutiklis paprastai gaminamas su atviru kolektorius (bet geriau tai patikrinti duomenų lape).
Bandymo procedūra priklauso nuo bandomojo prietaiso tipo.
- Norint išbandyti vienpolį skaitmeninį jutiklį, prie jo reikia atnešti magnetą su vienu poliu. Šviesos diodas turi užsidegti (rodyklės voltmetro rodyklė nukrypsta arba staigiai pasikeičia skaitmeninio testerio rodmenys). Nuėmus magnetą dideliu atstumu, grandinė turi grįžti į pradinę padėtį. Jei jutiklis neveikia, reikia apversti magnetą kitu poliu ir pakartoti procedūrą. Jei šviesos diodas mirksi, jutiklis veikia. Jei bet kurioje magneto padėtyje nepavyko pasiekti sėkmės, prietaisas yra netinkamas naudoti.
- Bipolinis skaitmeninis jutiklis išbandomas panašia technika, tik vienoje magneto padėtyje užsidega šviesos diodas ir neužgęsta pašalinus magnetinio lauko šaltinį. Grandinė neturėtų reaguoti į tolesnius manipuliavimus tuo pačiu poliu. Jei apverčiate magnetą ir nukreipiate jį prie jutiklio priešingu poliškumu, šviesos diodas turėtų išsijungti. Tai rodo bandomojo įrenginio būklę.Jei grandinė neveikia, jutiklis neveikia.
- Daugiapolis skaitmeninis Hall jutiklis išbandomas taip pat, kaip ir vienpolis, tačiau magnetiškai jautrus prietaisas turi veikti bet kurioje magneto padėtyje.
Analoginiai jutikliai tikrinami taip pat, kaip ir skaitmeniniai, tačiau išėjimo įtampa turi keistis ne staigiai, o sklandžiai, didėjant magnetinei jėgai (pavyzdžiui, artėjant nuolatiniam magnetui arba padidėjus srovei elektromagneto apvijoje).
Praktiniu požiūriu įdomus klausimas, kaip patikrinti Holo jutiklį, sumontuotą bekontakčio automobilio uždegimo sistemoje. Norėdami tai padaryti, nuimkite jungtį nuo jutiklio ir surinkite nurodytą grandinę tiesiai ant kaiščių.
Čia taip pat galite pakeisti šviesos diodą multimetru. Sukant automobilio alkūninį veleną rankiniu būdu galima stebėti periodinius šviesos diodo blyksnius arba išėjimo įtampos pokyčius nuo nulio iki apytiksliai automobilio elektros sistemos įtampos. Alternatyvus būdas patikrinti garaže yra laikinai pakeisti įrenginį žinomu atsarginiu jutikliu.
Hall jutiklis buvo plačiai pritaikytas buitinėje ir pramoninėje įrangoje. Nesunku patikrinti jo tinkamumą naudoti, jei yra supratimas apie jo veikimo principą.
Panašūs straipsniai:
