Jutikliai yra vieno fizikinio dydžio keitėjai į kitą (dažniausiai elektrinį) ir plačiai naudojami buitiniuose ir pramoniniuose prietaisuose. Be jų labai sunku, o gal net neįmanoma išmatuoti, suskaitmeninti ir apdoroti tokius proceso parametrus kaip slėgis ir srautas (dujų ar skysčio), temperatūraslėgis, lygis, magnetinio ar elektrinio lauko stipris ir kt. Vienas iš labiausiai paplitusių jutiklių yra salės jutiklis - jis naudojamas tiek buityje (pradedant išmaniaisiais telefonais ar nešiojamaisiais kompiuteriais), tiek sudėtingiausioje pramoninėje įrangoje.
Turinys
Holo efektas - veikimo principas
Šį efektą 1879 m. atrado amerikiečių fizikas Edvinas Holas ir jis pavadintas jo vardu. Šio reiškinio esmė yra ta, kad, paėmus metalinę plokštelę ir praleidus per ją elektros srovę (paveikslėlyje pavaizduota kryptimi AB), o po to plokštelę paveikus magnetiniu lauku, pavyzdžiui, sukurtu nuolatinio magneto, atsiranda potencialų skirtumas kryptimi, statmena srovės tekėjimui (paveikslėlyje pavaizduota kryptimi CD).
Šį poveikį lemia Lorenco jėga, veikianti judančius krūvius ir paslenkanti juos judėjimo krypčiai statmena kryptimi. Dėl to plokštelės kraštuose susidaro potencialų skirtumas, kurį galima išmatuoti arba panaudoti pavaroms įjungti (stiprinant). Šis skirtumas priklauso nuo:
- tekančios srovės stiprumą;
- magnetinio lauko stipris;
- laisvųjų krūvininkų koncentracija laidininke.
Reiškinys pavadintas jo atradėjo vardu - Hallo efektas.
Holo jutiklių tipai ir konstrukcija
Šis prieš šimtmetį atrastas efektas yra praktiškai pritaikomas. Jis yra magnetinio lauko jutiklių pagrindas. Jų privalumas yra tas, kad juose nėra judančių ar trinčių elementų (priešingai nei nendriniuose jungikliuose), todėl jų patikimumas yra daug didesnis. Pagal jų jautrumo principą pramoniniai jutikliai Hallo jutikliai skirstomi į:
- vienpolis (reaguoja tik į vieną magnetinį polių - šiaurinį arba pietinį);
- dvipoliai (aktyvuojami to paties poliariškumo magnetiniu lauku, deaktyvuojami priešingo poliariškumo magnetiniu lauku);
- omnipoliarinis - reaguoja į bet kurį magneto polių.
Judančius krūvius veikiančio magnetinio lauko sukuriamas potencialų skirtumas yra vienetai, geriausiu atveju - dešimtys mikrovoltų. Praktiniam naudojimui to nepakanka, potencialų skirtumas turi būti sustiprintas. Šie stiprintuvai įmontuojami tiesiai į jutiklio korpusą, o pagal stiprintuvo tipą prietaisai skirstomi į dvi klases.
- Analogas. Įtampa jutiklio išėjime yra proporcinga magnetiniam laukui (ji priklauso nuo magneto stiprumo ir atstumo iki jo). Jie pagrįsti operaciniais stiprintuvais ir gali būti naudojami magnetiniams laukams matuoti.
- Skaitmeninis. Po stiprintuvo komparatorius arba Šmito trigerį. Kai magnetinė indukcija pasiekia tam tikrą ribą, išėjimo įtampa šokteli nuo nulio iki aukšto lygio (paprastai iki maitinimo įtampos lygio). Šie jutikliai naudojami magnetinėms relėms arba impulsų generatoriams kurti. Iš plokštelės sustiprintas signalas perduodamas į slenkstinį įtaisą. Pasiekus nustatytą lygį, jutiklis suveikia. Reakcijos lygį galima reguliuoti keičiant atstumą nuo jutiklio iki magnetinio lauko šaltinio.
Halės jutiklio taikymo sritys
Dažniausiai Hallo jutikliai buityje naudojami transporto priemonių bekontaktėse uždegimo sistemose. Jų privalumas tas, kad nėra mechaninių kontaktinių grupių. Tai reiškia, kad kontaktai nenusidėvi, nedega ir nėra mechaninio gedimo pavojaus.
Paskirstymo sistemą sudaro plokštelė su iškyšomis, kurias suka variklio alkūninis velenas, nuolatinis magnetas ir pats Hallo jutiklis. Plokštelei sukantis, tiksliai apibrėžtu momentu, kurį lemia alkūninio veleno padėtis, į tarpą tarp jutiklio ir magneto patenka projekcijos, kurios keičia magnetinį lauką. Jutiklis generuoja impulsus, sinchronizuotus su alkūninio veleno sukimusi, kurie reguliuoja aukštosios įtampos ritės įtampą reikiamais momentais. Magnetinio lauko jutikliai transporto priemonėje taip pat naudojami alkūninio veleno padėčiai nustatyti.
Kitas magnetolaidžių jutiklių panaudojimo būdas - elektros variklių rotorių padėčiai nustatyti. Relės elementas yra pritvirtintas prie variklio statoriaus ir suveikia, kai praeina polius. Šis principas gali būti naudojamas greičio skaitikliui arba greičio matuokliui sukurti.
Hallo efektu pagrįsti prietaisai naudojami nešiojamuosiuose kompiuteriuose arba mobiliuosiuose įrenginiuose - kaip dangtelio uždarytos padėties indikatorius. Suveikus jutikliui, kompiuteris užmiega arba išsijungia. Išmaniuosiuose telefonuose viena iš jutiklio, reaguojančio į Žemės magnetinį lauką, funkcijų - organizuoti elektroninio kompaso veikimą.
Analoginiai Hallo jutikliai naudojami matavimo prietaisuose, kai reikia įvertinti magnetinį lauką. Jie būtini bekontaktiniams srovės srauto laidininkuose matavimams. Kaip žinote, kai laidininku teka srovė, aplink jį susidaro magnetinis laukas. Jos stiprumas priklauso nuo srovės stiprumo. Jei srovė yra kintamoji, lauką galima matuoti kitomis priemonėmis (pvz., srovės transformatoriumi), tačiau esant nuolatinei srovei būtinas Hallo jutiklis. Šiuo principu veikia nuolatinės srovės spaustuvai.
Egzotiškiausias Hallo efekto pritaikymas - jo principu paremtų joninių raketų variklių kūrimas.
Kaip išbandyti Hallo jutiklį
Norėdami išbandyti jutiklį, galite sudaryti paprastą grandinę, kuriai, be paties jutiklio, reikia
- Tinkamos įtampos maitinimo šaltinis;
- rezistorius varža apie 1 kΩ;
- ŠVIESOS DIODAS;
- magnetas.
Jei nėra šviesos diodo, vietoj jo galima naudoti multimetrą (ir srovės ribojimo rezistorių). multimetras (skaitmeninis arba daugiafunkcinis matuoklis) įtampos matavimo režimu.
Ypatingų reikalavimų maitinimo šaltiniui nekeliama - srovės grandinėje yra gana mažos. Jo įtampa turi atitikti bandomo jutiklio maitinimo įtampą. Šviesos diodą anodu prijunkite prie įtampos šaltinio pliuso pusės, o katodu - prie testuojamo prietaiso išėjimo, nes jutiklis paprastai būna su atviru kolektoriumi (tačiau geriau patikrinti duomenų lape).
Bandymo procedūra priklauso nuo bandomo prietaiso tipo.
- Norint išbandyti vienpolį skaitmeninį jutiklį, priešais jutiklį reikia pastatyti magnetą su vienu poliumi. Šviesos diodas turėtų užsidegti (voltmetro rodyklė turėtų pakrypti arba skaitmeninio testerio rodmenys turėtų pasikeisti šuoliais). Grandinė turėtų sugrįžti į pradinę padėtį, kai magnetas pašalinamas dideliu atstumu. Jei jutiklis neveikia, pasukite magnetą į kitą pusę ir pakartokite procedūrą. Jei šviesos diodas mirksi, jutiklis veikia. Jei nė vienoje magneto padėtyje magnetas nepadeda, prietaisas netinkamas naudoti.
- Dvipolis skaitmeninis jutiklis bandomas panašiu metodu, tik šviesos diodas užsidega esant vienai magneto padėčiai ir neužgęsta, kai pašalinamas magnetinio lauko šaltinis. Grandinė neturėtų reaguoti į tolesnes manipuliacijas su tuo pačiu poliumi. Jei magnetą apversite ir priartinsite prie jutiklio priešingu poliškumu, šviesos diodas turėtų išsijungti. Tai rodo, kad testuojamas prietaisas veikia tinkamai. Jei grandinė neveikia, jutiklis yra sugedęs.
- Visapolis skaitmeninis Hallo jutiklis tikrinamas taip pat, kaip ir vienpolis jutiklis, tačiau magnetui jautrus įtaisas turėtų suveikti esant bet kokiai magneto padėčiai.
Analoginiai jutikliai bandomi pagal tą pačią metodiką kaip ir skaitmeniniai jutikliai, tačiau išėjimo įtampa turi keistis ne staiga, o tolygiai didėjant magnetinei jėgai (pvz., artėjant prie nuolatinio magneto arba didėjant srovei elektromagneto apvijoje).
Iš praktinės pusės įdomus klausimas, kaip patikrinti Hallo jutiklį, įmontuotą automobilio bekontaktinėje uždegimo sistemoje. Norėdami tai padaryti, nuimkite jungtį nuo jutiklio ir sumontuokite nurodytą grandinę tiesiai ant kaiščių.
Šiuo atveju šviesos diodą taip pat galima pakeisti multimetru. Rankiniu būdu sukdami automobilio alkūninį veleną, galite stebėti nutrūkstamą šviesos diodo mirksėjimą arba išėjimo įtampos pokyčius nuo nulio iki maždaug automobilio įmontuotos įtampos. Alternatyvus būdas patikrinti garaže - laikinai pakeisti prietaisą žinomu geru pakaitiniu jutikliu.
Hallo jutiklis plačiai naudojamas buityje ir pramonėje. Patikrinti jį nėra sunku, jei žinote, kaip jis veikia.
Susiję straipsniai:
