هرآنچه که درباره سنسورهای اثر هال باید بدانید

⁠اثرهال چیست؟

سنسورهای اثر هال بخاطر اثر هال که توسط  ادوین هال، فیزیکدان آمریکایی کشف شده است، نامگذاری شده اند.ادوین هال کشف کرد که اگر به یک رسانا یا نیمه رسانا میدان مغناطیسی اعمال شود در دوسر جسم اختلاف ولتاژ ایجاد میشود .سنسورهای اثر هال از این اصل برای تبدیل اطلاعات کدگذاری شده مغناطیسی به سیگنال های الکتریکی استفاده میکنند.
سنسورهای اثر هال کاربرد گسترده ای دارند : در سیستمهای اتوماتیک برای تشخیص موقعیت، فاصله و سرعت مورد استفاده قرار میگیرند. این سنسورها در زمینه های مختلفی کارایی دارند اما کاربرد بسیار بارزی در سیستمهای ترمز ضد قفل  ABS  و موتورهای احتراق داخلی ( درون سوز) دارند. 
هنگامی که جریان الکتریکی از یک جسم عبور می کند، الکترون ها در یک مسیر مستقیم حرکت می کنند و در اطراف خود یک میدان مغناطیسی ایجاد میکنند. اگر جسم هادی یا نیمه رسانا دارای جریان الکتریکی میان دو قطب یک آهنربای دائمی قرار بگیرد الکترونها در یک مسیر انحرافی به سمت لبه های اطراف  جسم حرکت میکنند.این امر به این دلیل رخ میدهد که میدان مغناطیسی اطراف الکترون ها به میدان مغناطیسی مخالف در اطراف آهنربای دائمی عکس العمل نشان می دهند.در اثر و نتیجه این حرکت منحنی الکترونها، یک اختلاف ولتاژ در دو طرف رسانا ایجاد میشود و باعث ایجاد جریان الکتریکی در رسانا میشود.

سنسور اثر هال چیست و چگونه کار می کند؟

سنسور اثرهال از جنس نیمه رسانای نوع p است.در نیمه رساناهای نوع پی، حفره ها حامل جریان الکتریکی هستند.مواد بکار رفته در ساخت سنسور اثر هال ترکیباتی مانند گالیم آرسناید (GaAs)، ایندیم آرسناید (InAs) یا ایندیم آنتیمونید (InSb) است و این نوع سنسورها در ابعاد مستطیل شکل ساخته میشوند. 
سنسور اثرهال هنگامی که به یک منبع ولتاژ متصل است و به یک آهنربا یا میدان مغناطیسی نزدیک میشود به طوری که خطوط میدان عمود بر جریان الکتریکی سنسور باشند، از طرف خطوط میدان مغناطیسی به الکترون ها و حفره های تیغه نیمه رسانا نیرویی وارد میشود که باعث حرکت الکترون ها و حفره ها به لبه های کناری تیغه میشود.به این دلیل بین دو طرف نیمه رسانا یک اختلاف پتاسیل جدید بوجود می آید که آن را ولتاژ هال VH می گویند و قابلیت اندازه گیری دارد.ولتاژ هال با شدت میدان مغناطیسی کم و زیاد میشود و البته در حالت عادی بسیار ضعیف و در مقیاس میکرو ولت است به همین دلیل برای تقویت این ولتاژ از از امپلی فایر دی سی DC استفاده میشود و با این روش میتوان حساسیت سنسور اثر هال را تنظیم کرد.
 

انواع سنسور اثر هال :

سنسور اثر هال دو قطبی و تک قطبی

در سنسورهای اثر هال دوقطبی، برای اینکه  نیروی مغناطیسی از طرف میدان بر نیمه رسانا اعمال شود و ولتاژ هال تولید شود، حتما قطب (مثبت )جنوب یا S آهنربا باید بر جهت جریان سنسور عمود باشد و برای غیر فعال شدن شمال یا N.
در سنسور هال تک قطبی هم فعال شدن و هم غیر فعال شدن سنسور و قطع و وصل ولتاژ هال فقط با تک قطب جنوب آهنربا حاصل میشود.به طوری که با دور و نزدیک شدن قطب جنوب ولتاژ هال قطع و وصل میشودیا به عبارتی سنسور غیرفعال یا فعال می شود.چون در این حالت فقط با یک قطب جنوب خاموش و روشن شدن اتفاق می افتد به آن سنسور اثر هال تک قطبی می گویند.

سنسور اثر هال دیجیتال و آنالوگ

در سنسور اثر هال دیجیتال، وقتی ولتاژ خروجی به یک ولت میرسد سنسور روشن میشود و زمانیکه صفر میشود سنسور اثر هال خاموش می شود.به عبارتی خروجی سنسور اثر هال 0 و 1 یا دیجیتال است.در سنسور اثر هال دیجیتال یک اشمیت تریگر سیگنال آنالوگ دریافتی را به دیجیتال و 0 و 1 تبدیل میکند.
البته سنسورهای اثر هال آنالوگ هم موجود است که با کاهش یا افزایش شدت میدان مغناطیسی ولتاژ خروجی کاهش یا افزایش می یابد یعنی به طور خطی به شدت میدان مغناطیس وابسته است.

تقسیم بندی سنسور اثر هال بر اساس حرکت آهنربا 

کاربردهای سنسور اثر هال بسیار متنوع است و بستگی به موقعیت قرارگیری آهنربا و نحوه حرکت آن به سمت سنسور دارد.تفاوت میان نوع حرکت آهنربا گستره وسیعی از کاربردهای سنسور اثر هال ارائه می دهد.رایج ترین کاربرد برای رصد کردن حضور اشیا، موقعیت آنها و میزان نزدیکی اشیا است.

رایج ترین حرکت آهنربا شامل موارد زیر است: 

حرکت رو به جلو
حرکت جانبی ( حرکت به راست و چپ)

حرکت رو به جلو

در این نوع حرکت میدان مغناطیسی باید بر سنسور اثر هال عمود باشد و آهنربا در مسیر مستقیم به سنسور نزدیک شود.در هنگام نزدیک شدن آهنربا شدت میدان مغناطیسی افزایش پیدا می کند و هنگام دور شدن کاهش می یابد.در سنسورهای خطی کاهش و افزایش ولتاژ هال نشان دهنده دوری و نزدیکی میدان است.

حرکت به طرفین ( جانبی، چپ و راست)

این نوع بیشتر برای مواردی بکار میرود که آهنربای چرخشی یا دورانی داریم .مثل موتورها که میچرخند.

برخی از مصارف و کاربردهای سنسور اثر هال

یکی از کاربردهای سنسور اثر هال، استفاده در پرینترهاست.زمانی که درپوش پرینتر را باز میکنید یا کاغذ های پرینتر به اتمام میرسند، سنسور اثر هال باز شدن درب پرینترو اتمام کاغذ را تشخیص می دهد.
در موتور اتوموبیل ها و سایر وسایل نقلیه،در چرخ دوچرخه، سیستم های جرقه زنی الکترونیکی و چرخ دنده ها سنسورهای اثر هال چرخشی یا با حرکت جانبی می توانند برای مقاصد مختلف مورد استفاده قرار بگیرند.
سنسورهای اثر هال میتوانند بعنوان سنسور جریان، سنسور فشارو سنسور جریان سیالات در صنعت و پروسه تولید مورد استفاده قراربگیرند. با استفاده از سنسورهای اثر هال  میتوان شار مغناطیسی  در ترانسفورماتورهای جریان  DC  را بدون برقراری تماس فیزیکی اندازه گرفت. زمانی که به سوئیچی نیاز دارید که بدون تماس بتواند سوییچ زنی کند میتوانید از سنسور هال استفاده کنید مانند : تفنگ های بادی الکترونیکی، کنترل سرعت ماشین های کارتی و در ماشه تفنگ های الکترو- پنوماتیکی پینت بال.

از دیگر کاربردهای سنسور اثر هال:

اندازه گیری سطح سوخت ( بعنوان سنسور سطح)
اندازه گیری سرعت خودرو
اندازه گیری سرعت چرخش موتور (RPM)
گوشی های هوشمند ،تبلت و .....
بعنوان سنسور جریان، نور و ......