Merni sistem Holovog efekta

Xiamen Dexing Magnet Tech. Co., Ltd.

Dexing Magnet je veliko preduzeće sa odličnim kvalitetom i savršenom uslugom u međunarodnoj industriji magnetometara i mašina.

Zašto odabrati nas

Profesionalni tim

Ima grupu iskusnih tehničara i menadžera u magnetometrima i magnetnoj industriji.

Odlična kvaliteta

Uveo je napredne tehnologije iz Japana i Evrope, sarađivao sa domaćim univerzitetima i naučnoistraživačkim institutima, a može proizvesti kompletne komplete magnetoelektrične opreme.

Dobra usluga

Nudimo sveobuhvatno rješenje za prilagođavanje, prilagođeno specifičnim potrebama i zahtjevima naših klijenata.

Rešenje na jednom mestu

Pružanje tehničke podrške, rješavanja problema i usluga održavanja.

Šta je mjerni sistem Hallovog efekta?

Hallov efekat je pojava koja proizvodi razliku napona (Halov napon) na električnom vodiču, poprečno na električnu struju u vodiču i na primijenjeno magnetsko polje okomito na struju.

Razumijevanje i primjena Hallovog efekta

Holov efekat je otkrio Edwin Hall 1879. godine, ali prošlo je mnogo godina prije nego što je tehnološki razvoj omogućio integriranim kolima da u potpunosti iskoriste ovaj fenomen. Danas, IC senzori sa Hallovim efektom nude zgodan način za postizanje tačnih mjerenja struje koja održavaju električnu izolaciju između izmjerene putanje struje i mjernog kruga.

Od Lorentza do Halla
Hallov efekat je proširenje Lorentzove sile, koja opisuje silu koja djeluje na nabijenu česticu—kao što je elektron—koji se kreće kroz magnetsko polje. Ako je magnetsko polje orijentirano okomito na smjer kretanja elektrona, elektron doživljava silu koja je okomita i na smjer kretanja i na orijentaciju magnetskog polja.

Iskorištavanje Holovog efekta
Naponi generirani Holovim efektom su mali u odnosu na šum, pomake i temperaturne efekte koji tipično utiču na kolo, pa stoga praktični senzori zasnovani na Hallovom efektu nisu bili široko rasprostranjeni sve dok napredak u poluvodičkoj tehnologiji nije omogućio visoko integrirane komponente koje uključuju Holov element i dodatna kola potrebna za pojačanje i kondicioniranje Holovog napona. Ipak, senzori sa Hallovim efektom su ograničeni u svojoj sposobnosti mjerenja malih struja. Na primjer, ACS712 iz Allegro MicroSystems-a ima osjetljivost od 185 mV/A. To znači da bi struja od 10 mA proizvela izlazni napon od samo 1,85 mV. Ovaj napon može biti prihvatljiv ako kolo ima nizak nivo buke, ali ako bi otpornik od 2 Ω mogao biti uključen u strujni put, rezultirajući izlazni napon od 20 mV bio bi veliko poboljšanje.

Hallov efekat je relevantan za razne primjene senzora; uređaji zasnovani na ovom relativno jednostavnom odnosu između struje, magnetnog polja i napona mogu se koristiti za mjerenje položaja, brzine i jačine magnetnog polja. U ovom ćemo se članku, međutim, fokusirati na uređaje koji mjere struju preko Hallovog napona koji nastaje kada se magnetsko polje inducirano izmjerenom strujom koncentriše prema integriranom elementu Hall efekta.

Za i protiv
Karakteristike performansi variraju od jednog do drugog senzora struje sa Holovim efektom, tako da je teško precizno sumirati prednosti i nedostatke sensinga Holovim efektom u odnosu na drugu uobičajenu tehniku čula struje; naime, ubacivanje preciznog otpornika u strujni put i mjerenje rezultirajućeg pada napona diferencijalnim pojačalom. Općenito, ipak, senzori s Hallovim efektom cijenjeni su zbog toga što su "nenametljivi" i što pružaju električnu izolaciju između strujnog puta i mjernog kruga. Ovi uređaji se smatraju nenametljivim jer se u strujni put ne ubacuje značajna količina otpora, pa se krug koji se mjeri ponaša gotovo kao da senzor nije prisutan. Dodatna prednost je što senzor troši minimalnu snagu; ovo je posebno važno kod mjerenja velikih struja.

Što se tiče tačnosti, trenutno dostupni senzori sa Hallovim efektom mogu postići izlaznu grešku od čak 1%. Dobro dizajnirano otporno strujno kolo moglo bi to nadmašiti, ali 1% bi općenito bilo dovoljno u visokostrujnim/visokonaponskim aplikacijama za koje su uređaji s Hallovim efektom posebno prikladni.

Izolacija
Jedna od dominantnih prednosti senzora sa Hallovim efektom je električna izolacija, koja se u kontekstu dizajna kola ili sistema često naziva galvanska izolacija. Princip galvanske izolacije je uključen kad god dizajn zahtijeva da dva kola komuniciraju na način koji sprječava bilo kakav direktan tok električne struje. Jednostavan primjer je kada se digitalni signal propušta kroz opto-izolator, koji pretvara impulse napona u svjetlosne impulse i tako prenosi podatke optički, a ne električnim putem. Jedan od primarnih razloga za implementaciju galvanske izolacije je sprečavanje problema vezanih za uzemljenje:

Osnovni principi dizajna kola pretpostavljaju da međusobno povezane komponente dijele zajednički čvor uzemljenja, za koji se pretpostavlja da je na 0 V. Međutim, u stvarnom životu, "čvor uzemljenja" se sastoji od provodnika koji imaju otpor različit od nule, a ti provodnici služe kao povratni put za struju koja teče iz strujnog kola natrag do izvora napajanja. Ohmov zakon nas podsjeća da struja i otpor stvaraju napon, a ovi padovi napona na povratnom putu znače da "zemlja" u jednom dijelu kola ili sistema nije na istom potencijalu kao "zemlja" u drugom dijelu. Ove razlike u potencijalu tla mogu dovesti do problema u rasponu od zanemarljivih do katastrofalnih.

Sprečavanjem istosmjernog toka struje između dva kola, galvanska izolacija omogućava uspješnu komunikaciju kola s različitim potencijalima uzemljenja. Ovo je posebno relevantno za primjene sa senzorom struje: niskonaponski senzor i krug za obradu možda će trebati pratiti velike, vrlo varijabilne struje u, na primjer, krugu pogona motora. Ove velike struje koje se brzo mijenjaju dovest će do značajnih fluktuacija napona na povratnom putu. Senzor sa Hallovim efektom omogućava sistemu da prati struju pogona i zaštiti krug senzora visoke preciznosti od ovih štetnih fluktuacija uzemljenja.

Common-Mode Voltage
Još jedna važna primjena senzora s Hallovim efektom je mjerenje struje koje uključuje visoke napone. U strujnom krugu otpornog tipa, diferencijalno pojačalo mjeri razliku u naponu između jedne i druge strane otpornika. Problem nastaje, međutim, kada su ovi naponi veliki u odnosu na potencijal zemlje:

Pojačala u stvarnom životu imaju ograničen "opseg zajedničkog načina", što znači da uređaj neće ispravno funkcionirati kada su ulazni naponi, iako mali u odnosu jedan na drugi, preveliki u odnosu na uzemljenje. Uobičajeni opsezi pojačala sa senzorom struje obično se ne protežu dalje od 80 ili 100 V. Senzori sa Hallovim efektom, s druge strane, mogu pretvoriti struju u napon bez osvrta na potencijal uzemljenja mjerenog kola. Posljedično, sve dok naponi nisu dovoljno veliki da izazovu fizička oštećenja, napon zajedničkog moda ne utiče na rad uređaja s Hallovim efektom.

Kako rade senzori sa Hallovim efektom?

Kada električna struja teče kroz bilo koji materijal, elektroni unutar struje se prirodno kreću pravolinijski, pri čemu električna energija stvara vlastito magnetsko polje dok se puni.

Ako se električno nabijeni materijal postavi između polova trajnog magneta, umjesto da se kreće pravolinijski, elektroni će umjesto toga skrenuti u zakrivljenu putanju dok se kreću kroz materijal. To se događa zato što njihovo vlastito magnetsko polje reaguje na kontrastno polje trajnog magneta.

Kao rezultat ovog novog zakrivljenog kretanja, više elektrona je tada prisutno na jednoj strani električno nabijenog materijala. Kroz to će se potencijalna razlika (ili napon) tada pojaviti na materijalu pod pravim uglom u odnosu na magnetsko polje, kako od trajnog magneta, tako i od toka električne struje.

Dakle, kako funkcionira senzor s Hallovim efektom?
Koristeći poluvodiče (kao što je silicijum), senzori Holovog efekta rade merenjem promenljivog napona kada se uređaj postavi u magnetno polje. Drugim riječima, kada senzor s Hallovim efektom otkrije da je sada u magnetnom polju, on je u stanju osjetiti položaj objekata.

Senzori i magneti sa Hall efektom
Magneti su svojstveni senzorima Holovog efekta, koji se aktiviraju prisustvom vanjskog magnetnog polja. Uređaj tada može osjetiti kako se objekt kreće bliže ili dalje, samo kroz različite jačine magnetnog polja.

Na primjer, ako je senzor s Hallovim efektom postavljen u okvir vrata i magnet na vratima, senzor bi mogao otkriti kada su vrata otvorena ili zatvorena kroz prisustvo magnetnog polja.

Sva magnetna polja imaju dvije važne karakteristike. Prvo, ono što se naziva 'gustina protoka', što se odnosi na količinu magnetnog toka koji prolazi kroz jediničnu površinu, i drugo, svi magneti imaju dva polariteta (sjeverni i južni pol).

Izlazni signal koji izlazi iz senzora s Hallovim efektom predstavlja gustinu magnetnog polja oko uređaja. Senzori sa Holovim efektom imaju unapred postavljeni prag, a kada gustina magnetnog fluksa pređe ovu granicu, uređaj je u stanju da detektuje magnetno polje generisanjem izlaza koji se zove 'Halov napon'.

Svi senzori sa Hallovim efektom imaju tanak komad poluvodičkog materijala unutar sebe, koji propušta kontinuiranu električnu struju kroz sebe kako bi stvorio magnetsko polje. Kada se uređaj postavi u blizinu vanjskog magneta, magnetni fluks djeluje silom na poluvodički materijal. Ova sila uzrokuje pomicanje elektrona, stvarajući mjerljivi Hallov napon i aktivirajući senzor Hall efekta.

Izlazni Holov napon iz senzora sa Holovim efektom je direktno proporcionalan jačini magnetnog polja koje prolazi kroz poluprovodnički materijal. Često je ovaj izlazni napon prilično mali - jednak samo nekoliko mikrovolti - s mnogim uređajima s Hallovim efektom, uključujući ugrađena DC pojačala, zajedno s logičkim sklopovima i regulatorima napona, koji su tu da poboljšaju osjetljivost (a samim tim i efikasnost) uređaja.

Merenja Holovog efekta neophodna za karakterizaciju visoke mobilnosti nosioca

Hallov efekat se može uočiti kada kombinacija magnetnog polja kroz uzorak i struje duž dužine uzorka stvara električnu struju okomitu i na magnetsko polje i na struju, što zauzvrat stvara poprečni napon okomit na oba. Osnovni princip je Lorentzova sila: sila na tačkasto naelektrisanje zbog elektromagnetnih polja

Merenja Holovog efekta su od neprocenjive vrednosti za karakterizaciju poluprovodničkih materijala bez obzira da li su na bazi silicijuma, složeni poluprovodnici, tankoslojni materijali za solarne ćelije ili materijali u nanorazmeri kao što je grafen. Mjerenja obuhvataju nizak otpor (visoko dopirani poluprovodnički materijali, visokotemperaturni superprovodnici, razrijeđeni magnetni poluvodiči i GMR/TMR materijali) i visokootporne poluprovodničke materijale, uključujući poluizolacioni GaAs, galijum nitrid i kadmijum telurid.

Sistem mjerenja Holovog efekta je koristan za određivanje različitih parametara materijala, ali primarni je Holov napon (VH). Pokretljivost nosioca, koncentracija nosioca (n), Halov koeficijent (RH), otpornost, magnetootpornost (RB) i tip provodljivosti nosioca (N ili P) su izvedeni iz Holovog napona.

Kako istraživači razvijaju IC-ove nove generacije i efikasnije poluprovodničke materijale, posebno su zainteresovani za materijale sa visokom mobilnošću nosača, što je izazvalo veliki deo interesovanja za grafen. Ovaj oblik ugljika debljine jednog atoma ispoljava kvantni Hallov efekat i, kao rezultat, relativistički protok struje elektrona. Istraživači smatraju da su mjerenja Holovog efekta ključna za budućnost elektronske industrije

Materijali sa visokom mobilnošću nosioca omogućavaju stvaranje uređaja koji postižu maksimalni protok struje na nižim nivoima snage sa bržim vremenom prebacivanja i većim propusnim opsegom. Manipulacija Ohmovim zakonom pokazuje važnost mobilnosti nosioca u maksimiziranju struje. Struja je direktno proporcionalna mobilnosti nosioca

Opcije za maksimiziranje protoka struje kroz uređaj uključuju povećanje napona, koncentraciju nosioca naboja, površinu poprečnog presjeka uzorka ili mobilnost nosača naboja. Sve osim posljednjeg imaju ozbiljne nedostatke.

Measuring Mobility
Prvi korak u određivanju pokretljivosti nosioca je mjerenje Holovog napona (VH) forsiranjem i magnetskog polja okomitog na uzorak (B) i struje kroz uzorak (I). Ova kombinacija stvara poprečnu struju. Rezultirajući potencijal (VH) se mjeri na cijelom uređaju. Potrebna su i tačna mjerenja debljine uzorka (t) i njegove otpornosti (r). Otpor se može odrediti pomoću sonde sa četiri tačke ili van der Pauw tehnike mjerenja. Sa samo ovih pet parametara (B, I, VH, t, i otpornost), Holova mobilnost se može izračunati:
I Hallov naponi i izmjerena van der Pauw otpornost su obično prilično mali, tako da su prave tehnike mjerenja i usrednjavanja kritične za precizne rezultate mobilnosti.

Zašto su potrebni trajni magneti u senzorima sa Hallovim efektom

Holov senzor ili pretvornik s Hallovim efektom je integrirani senzor baziran na Hallovom efektu i sastavljen od Hallovog elementa i njegovog pomoćnog kola. Hall senzor se široko koristi u industrijskoj proizvodnji, transportu i svakodnevnom životu. Iz unutrašnje strukture hall senzora, ili u procesu upotrebe, otkrit ćete da je permanentni magnet važan radni dio.

Hallov efekat je u suštini otklon pokretnih nabijenih čestica uzrokovan Lorentzovom silom u magnetskom polju. Kada su nabijene čestice (elektroni ili rupe) zatvorene u čvrstim materijalima, ovo skretanje dovodi do akumulacije pozitivnih i negativnih naboja u smjeru okomitom na struju i magnetsko polje, stvarajući tako dodatno poprečno električno polje.

Znamo da kada se elektroni kreću u magnetskom polju, na njih će uticati Lorentzova sila. Kao i gore, pogledajmo prvo sliku s lijeve strane. Kada se elektron kreće prema gore, struja koju on generira kreće se naniže. Pa, upotrijebimo pravilo lijeve ruke, pustimo da magnetna senzorska linija magnetnog polja B (pucana u ekran) prodre u dlan, odnosno da je dlan okrenut prema van, i uperi četiri prsta u smjer struje, odnosno četiri tačke prema dolje. Zatim, smjer palca je smjer sile elektrona. Elektroni su prisiljeni udesno, tako da će se naboj u tankoj ploči nagnuti na jednu stranu pod djelovanjem vanjskog magnetskog polja. Ako se elektron nagne udesno, na lijevoj i desnoj strani će se formirati razlika potencijala. Kao što je prikazano na slici desno, ako je voltmetar spojen na lijevu i desnu stranu, napon će biti detektovan. Ovo je osnovni princip indukcije u halu. Detektovani napon naziva se napon induciranja Hola. Ako se vanjsko magnetsko polje ukloni, Hallov napon nestaje. Ako je predstavljen slikom, Hallov efekat je kao na sljedećoj slici:

I: Smjer struje,

B: Smjer vanjskog magnetnog polja,

V: Holov napon, a male tačke u kutiji mogu se smatrati elektronima.

Iz principa rada Holovog senzora može se otkriti da je senzor sa Hallovim efektom aktivan senzor, koji mora zahtijevati eksterno napajanje i magnetsko polje za rad. Uzimajući u obzir zahtjeve male zapremine, male težine, niske potrošnje energije i praktične upotrebe u primjeni senzora, za napajanje vanjskog magnetnog polja koristi se jednostavan trajni magnet umjesto složenog elektromagneta. Štaviše, u četiri glavna tipa permanentnih magneta, SmCo i NdFeB magneti retkih zemalja imaju prednosti kao što su visoka magnetna svojstva i stabilna radna stabilnost, što može omogućiti visokim performansama pretvornika ili senzora sa Holovim efektom da postignu tačnost, osetljivost i pouzdana merenja. Stoga se NdFeB i SmCo više koriste kao magneti pretvarača sa Hallovim efektom.

Naša fabrika

Dexing Magnet se nalazi u gradu Xiamen, Kina koji je prelijepo poluostrvo i međunarodna morska luka, sa fabrikom u Jiangsu, Zhejiang Kina, osnovana je 1985. godine, bivši identitet je jedna vojna tvornica, koja istražuje i razvija komunikacijske dijelove, ovaj Dexing Group je kasnije kupio objekat 1995. godine.

FAQ

P: Šta je mjerni sistem Hall efekta?

O: Holov efekat je pojava koja proizvodi razliku napona (Halov napon) na električnom provodniku, poprečno na električnu struju u provodniku i na primenjeno magnetsko polje okomito na struju.

P: Šta je tehnika Hallovog mjerenja?

O: Osnovna konfiguracija mjerenja Holovog efekta vjerovatno će uključivati sljedeće komponente i opcione dodatke: Izvor konstantne struje veličine koja ovisi o otporu uzorka. Za uzorke materijala niske otpornosti, izvor mora biti sposoban za izlaz struje od miliampera do ampera.

P: Koja je jednostavna definicija Hallovog efekta?

O: Holov efekat je skretanje elektrona (rupa) u poluprovodniku n-tipa (p-tipa) sa strujom koja teče okomito na magnetsko polje. Otklon ovih naelektrisanih nosača stvara napon, nazvan Holov napon, čiji polaritet zavisi od efektivnog naelektrisanja nosioca.

P: Šta nam Hallov efekat omogućava da odredimo?

O: Suprotno tome, ako je magnetsko polje poznato, Hallov efekat se može koristiti za karakterizaciju brzine drifta elektrona i drugih mikroskopskih veličina za materijal od kojeg je napravljena Hallova sonda. Holov efekat nam omogućava da utvrdimo da teku negativni, a ne pozitivni naboji.

P: Šta je Hall efekat za lutke?

O: Holov efekat je kretanje elektrona kroz provodnik prema magnetskom privlačenju. To uzrokuje mjerljivu razliku napona na vodiču tako da je jedna strana pozitivno nabijena, a druga negativno.

P: Šta mjeri struju Holovog efekta?

O: Senzor struje sa Holovim efektom omogućava kontrolu u realnom vremenu u solarnim inverterskim sistemima sa pojačanim radnim naponima do 1.100 V. Senzori struje sa Holovim efektom omogućavaju merenje struje za šine do 1.100 V, sa pojačanom izolacijom kako bi se osigurala sigurnost drugih sistemska elektronika.

P: Kako Hallov efekat mjeri brzinu?

O: Ako je Hallov element instaliran blizu gramofona, kada se gramofon rotira s osovinom, na Hallov element djeluje magnetsko polje koje generiše magnet, tako da emituje impulsni signal čija je frekvencija proporcionalna brzini, tada se brzina može izračunati mjerenjem perioda ili frekvencije pulsa.

P: Šta se za mjerenje koristi hvatač Hallovog efekta?

O: Holov hvatač sa efektom se može koristiti za mjerenje struje magnetnim poljem koje nastaje uslijed protoka struje.

P: Da li je Hall efekat istinit za metale i poluprovodnike?

O: Kaže da ako se uzorak (metal ili poluvodič) koji nosi struju (I) stavi u poprečno magnetsko polje (B), električno polje se indukuje u smjeru okomitom na I i B.

P: Zašto je Hall efekat toliko važan?

O: Holov efekat se može koristiti i za merenje gustine nosilaca struje, njihove slobode kretanja ili pokretljivosti, kao i za detekciju prisustva struje na magnetnom polju.

P: Koji je osnovni princip Holovog efekta?

O: Princip Holovog efekta kaže da kada se provodnik sa strujom ili poluprovodnik uvede u okomito magnetno polje, napon se može meriti pod pravim uglom u odnosu na putanju struje. Ovaj efekat dobijanja mjerljivog napona poznat je kao Hallov efekat.

P: Šta je cilj Holovog efekta?

O: Holov efekat je osnova fizike čvrstog stanja i važan je dijagnostički alat za karakterizaciju materijala – posebno poluprovodnika. On omogućava direktno određivanje predznaka nosilaca naboja, npr. elektrona ili rupa (dodatak A), i njihove gustine u datom uzorku.

P: Šta je Hallov efekat u mjerenju?

O: Kao rezultat toga, Hallov efekat je vrlo koristan kao sredstvo za mjerenje gustine nosioca ili magnetnog polja. Jedna vrlo važna karakteristika Hallovog efekta je da razlikuje pozitivne naboje koji se kreću u jednom smjeru i negativne naboje koji se kreću u suprotnom.

P: Za šta se Hallov efekat koristi u stvarnom životu?

O: Primene za IC sa Hall efektom uključuju upotrebu u sistemima paljenja, kontrolama brzine, sigurnosnim sistemima, kontrolama poravnanja, mikrometrima, mehaničkim graničnim prekidačima, računarima, štampačima, disk drajvovima, tastaturama, alatnim mašinama, ključevima i prekidačima sa dugmadima.

P: Šta se ne može odrediti Hall efektom?

O: Hallov efekat se ne može koristiti za određivanje magnetnog polja, koje ne djeluje okomito na smjer električnog polja.

P: Šta možete pronaći koristeći Hallov efekat?

O: Dakle, Hallov efekat se koristi za mjerenje koncentracije nosača naboja poluvodiča ili izolatora i napona koji proizvodi magnetsko polje.

P: Šta je suština Holovog efekta?

O: U suštini, Holov efekat se odnosi na nosioce naboja (najčešće elektrone) koji se kreću u pravcu pod pravim uglom i na električnu struju i na magnetno polje.

P: U čemu uređaj sa Hallovim efektom otkriva promjenu?

O: Koristeći poluprovodnike (kao što je silicijum), senzori Holovog efekta rade merenjem promenljivog napona kada se uređaj postavi u magnetno polje. Drugim riječima, kada senzor s Hallovim efektom otkrije da je sada u magnetnom polju, on je u stanju osjetiti položaj objekata.

P: Koja je svrha mjerenja u Hallu?

O: Mjerenje Holovog efekta i otpornosti daje obilje informacija kao što su gustina nosioca, mobilnost nosača i tip nosača. Gustoća nosioca je broj mobilnih nosača po zapremini u materijalu, a za poluvodiče je povezana sa dopiranjem poluprovodnika.

P: Kako Hallov efekat mjeri struju?

O: Sastoje se od senzora s Hallovim efektom montiranog u otvoru magnetnog jezgra. Izlaz iz senzora s Hallovim efektom se pojačava i mjeri polje stvoreno strujom bez kontakta s njom. Ovo osigurava galvansku izolaciju između kruga i senzora.

Kao jedan od vodećih proizvođača i dobavljača sistema za merenje efekta hale u Kini, srdačno vas pozdravljamo da kupite prilagođeni sistem za merenje efekta hale iz naše fabrike. Sva oprema je visokog kvaliteta i konkurentne cene.

криостат өсөн процесс инженерияһы тикшеренеүҙәре, матди ҡатылыҡты характерлау, ноутбук һынау магнит ҡыр сығанағы