أجهزة الاستشعار - المحولات من كمية مادية إلى أخرى (عادة ، إلى كهربائية) تستخدم على نطاق واسع في المعدات المنزلية والصناعية. بدونها ، من الصعب للغاية ، إن لم يكن من المستحيل ، قياس ورقمنة ومعالجة مثل هذه المعلمات التكنولوجية مثل الضغط والتدفق (الغاز أو السائل) ، درجة الحرارة، المستوى ، شدة المجال المغناطيسي أو الكهربائي ، إلخ. يعد مستشعر Hall من أكثر المستشعرات استخدامًا - حيث يتم استخدامه في الحياة اليومية (بدءًا من الهواتف الذكية أو أجهزة الكمبيوتر المحمولة) وفي أكثر التقنيات الصناعية تعقيدًا.
محتوى
تأثير القاعة - مبدأ التشغيل
تم اكتشاف هذا التأثير في عام 1879 من قبل الفيزيائي الأمريكي إدوين هول وسمي من بعده.جوهر هذه الظاهرة هو أنك إذا أخذت لوحًا معدنيًا ومررت تيارًا كهربائيًا خلاله (في الاتجاه AB في الشكل) ، ثم تصرفت على اللوحة مع مجال مغناطيسي ، على سبيل المثال ، تم إنشاؤه بواسطة مغناطيس دائم ، ثم في الاتجاه العمودي على مرور التيار (CD في الشكل) ، سيكون هناك فرق محتمل.
يحدث هذا التأثير بسبب تأثير قوة لورنتز على الشحنات المتحركة وإزاحتها في اتجاه عمودي على اتجاه الحركة. نتيجة لذلك ، ينشأ اختلاف محتمل عند حواف اللوحة ، والذي يمكن قياسه أو استخدامه لتشغيل مشغلات (تضخيم مسبق). هذا الاختلاف يعتمد على:
- من قوة التيار المتدفق ؛
- من قوة المجال المغناطيسي.
- على تركيز ناقلات الشحن المجاني في الموصل.
سميت هذه الظاهرة باسم مكتشفها - تأثير هول.
أنواع مستشعرات القاعة وترتيبها
اكتشف هذا التأثير في القرن قبل الماضي ، وقد وجد تطبيقًا عمليًا. بناءً عليه ، تم بناء مستشعرات المجال المغناطيسي. ميزتها هي أنها لا تحتوي على عناصر متحركة وفرك (على عكس مفاتيح القصب) ، لذا فإن موثوقيتها أعلى بكثير. وفق مبدأ الحساسية مجسات صناعية تنقسم القاعات إلى:
- أحادي القطب (يتفاعل فقط مع قطب مغناطيسي واحد - شمال أو جنوبي) ؛
- ثنائي القطب (يتم تشغيله عند تعرضه لمجال مغناطيسي لقطبية واحدة ، ويتم إيقاف تشغيله عند التعرض لمجال مغناطيسي للقطبية المعاكسة) ؛
- متعدد الأقطاب - يتفاعل مع أي أقطاب مغناطيسية.
فرق الجهد الناتج عن عمل مجال مغناطيسي على الشحنات المتحركة هو الوحدات ، في أحسن الأحوال عشرات الميكروفولت. للتطبيق العملي ، هذا لا يكفي ، يجب زيادة فرق الجهد. يتم دمج هذه المضخمات مباشرة في جسم المستشعرات ، ووفقًا لنوع مكبر الصوت ، يتم تقسيم الأجهزة إلى فئتين.
- التناظرية. في نفوسهم ، يتناسب الجهد عند خرج المستشعر مع المجال المغناطيسي (يعتمد على قوة المغناطيس والمسافة منه). مبني على أساس مكبر تشغيلي ويستخدم لقياس المجالات المغناطيسية.
- رقمي. بعد تثبيت مكبر للصوت المقارنة أو الزناد شميت. جهد الخرج ، عندما يصل الحث المغناطيسي إلى عتبة معينة ، يقفز من الصفر إلى مستوى عالٍ (عادةً إلى مستوى جهد الإمداد). تستخدم هذه المستشعرات لبناء مرحلات مغناطيسية أو مولدات نبضية. يتم تطبيق الإشارة المضخمة من اللوحة على جهاز العتبة. عند الوصول إلى المستوى المحدد ، يتم تشغيل المستشعر. يمكن ضبط مستوى الزناد عن طريق تغيير المسافة من المستشعر إلى مصدر المجال المغناطيسي.
تطبيق مجسات القاعة
التطبيق الأكثر شيوعًا لمستشعر Hall في الحياة اليومية هو أنظمة إشعال السيارة غير المتصلة. ميزتها هي عدم وجود مجموعات الاتصال الميكانيكية. هذا يعني عدم التآكل ، عدم احتراق جهات الاتصال ، عدم وجود خطر حدوث عطل ميكانيكي.
يشتمل نظام التوزيع على صفيحة ذات حواف يقودها العمود المرفقي للمحرك ، ومغناطيس دائم ومستشعر هول نفسه. عندما تدور اللوحة ، تسقط النتوءات في لحظة محددة بدقة ، يحددها موضع العمود المرفقي ، في الفجوة بين المستشعر والمغناطيس ، مما يؤدي إلى تغيير معلمات المجال المغناطيسي.يولد المستشعر نبضات متزامنة مع دوران العمود المرفقي ، والتي تنظم إمداد الجهد لملف الجهد العالي في النقاط الزمنية المطلوبة. أيضًا ، تُستخدم مستشعرات المجال المغناطيسي في السيارة للتعرف على موضع العمود المرفقي.
استخدام آخر للحساسات المغناطيسية الحساسة هو تحديد موضع دوارات المحركات الكهربائية. يتم تثبيت عنصر الترحيل على الجزء الثابت للمحرك ويتم تنشيطه عند مرور العمود. وفقًا لهذا المبدأ ، يمكنك إنشاء عداد سرعة أو عداد سرعة.
تُستخدم الأجهزة المبنية على تأثير Hall في أجهزة الكمبيوتر المحمولة أو الأجهزة المحمولة - كمؤشر على الوضع المغلق للغطاء. عند تشغيل المستشعر ، ينتقل الكمبيوتر إلى وضع السكون أو يتوقف عن التشغيل. وفي الهواتف الذكية ، تتمثل إحدى وظائف المستشعر الذي يستجيب للمجال المغناطيسي للأرض في تنظيم البوصلة الإلكترونية.
تستخدم مستشعرات القاعة التناظرية في أدوات القياس - حيث يكون من الضروري تقييم مستوى المجال المغناطيسي. لا غنى عنها لقياس عدم الاتصال لقوة التيار في الموصل. كما تعلم ، عندما يمر التيار عبر موصل ، ينشأ حوله مجال مغناطيسي. شدته تعتمد على قوة التيار. إذا كان التيار متناوبًا ، فيمكن قياس المجال بطرق أخرى (على سبيل المثال ، باستخدام محول تيار) ، ولكن مع التيار المباشر ، لا غنى عن مستشعر القاعة. تعمل مشابك التيار المستمر على هذا المبدأ.
التطبيق الأكثر غرابة لتأثير هول هو بناء محركات الصواريخ الأيونية على أساس مبدأها.
كيفية التحقق من أداء مستشعر القاعة
للتحقق من المستشعر ، يمكنك تجميع دائرة بسيطة ، والتي ، بالإضافة إلى المستشعر نفسه ، ستحتاج إلى:
- مصدر الطاقة للجهد المطلوب ؛
- المقاوم بمقاومة حوالي 1 كيلو أوم ؛
- الصمام الثنائي الباعث للضوء
- مغناطيس.
إذا لم يكن هناك LED ، فعندئذٍ بدلاً من ذلك (والمقاوم الحالي) يمكنك ذلك استخدم مقياس متعدد (رقمي أو مؤشر) في وضع قياس الجهد.
لا توجد متطلبات خاصة لمصدر الطاقة - التيارات في الدائرة صغيرة جدًا. يجب أن يكون جهدها ضمن جهد إمداد المستشعر الخاضع للاختبار. يتم توصيل مصباح LED مع القطب الموجب بمصدر الجهد الزائد ، والكاثود بإخراج الجهاز قيد الاختبار ، نظرًا لأن المستشعر يتم تصنيعه عادةً بمجمع مفتوح (ولكن من الأفضل التحقق منه في ورقة البيانات).
يعتمد إجراء الاختبار على نوع الجهاز قيد الاختبار.
- لاختبار مستشعر رقمي أحادي القطب ، تحتاج إلى إحضار مغناطيس له بقطب واحد. يجب أن يضيء مؤشر LED (ينحرف سهم مؤشر الفولتميتر أو تتغير قراءات جهاز الاختبار الرقمي فجأة). عند إزالة المغناطيس مسافة كبيرة ، يجب أن تعود الدائرة إلى موضعها الأصلي. إذا لم يعمل المستشعر ، فمن الضروري قلب المغناطيس بالقطب الآخر وتكرار الإجراء. إذا يومض مؤشر LED ، فهذا يعني أن المستشعر يعمل. إذا لم يتم تحقيق النجاح في أي موضع للمغناطيس ، فإن الجهاز غير قابل للاستخدام.
- يتم اختبار المستشعر الرقمي ثنائي القطب باستخدام تقنية مماثلة ، ويضيء مؤشر LED فقط في موضع واحد من المغناطيس ، ولا ينطفئ عند إزالة مصدر المجال المغناطيسي. يجب ألا تتفاعل الدائرة مع المزيد من التلاعب بنفس القطب. إذا قلبت المغناطيس وأحضرته إلى المستشعر في القطبية المعاكسة ، يجب أن ينطفئ مؤشر LED. يشير هذا إلى صحة الجهاز قيد الاختبار.إذا لم تعمل الدائرة ، يكون المستشعر معطلاً.
- يتم اختبار مستشعر القاعة الرقمي متعدد الأقطاب بنفس طريقة اختبار المستشعر أحادي القطب ، ولكن يجب أن يعمل الجهاز الحساس مغناطيسيًا في أي موضع للمغناطيس.
يتم فحص المستشعرات التناظرية بنفس الطريقة التي يتم بها فحص المستشعرات الرقمية ، ولكن يجب ألا يتغير جهد الخرج بشكل مفاجئ ، ولكن بسلاسة مع زيادة القوة المغناطيسية (على سبيل المثال ، يقترب المغناطيس الدائم أو زيادة التيار في لف المغناطيس الكهربائي).
من وجهة نظر عملية ، فإن مسألة كيفية التحقق من مستشعر Hall المثبت في نظام الإشعال غير التلامسي للسيارة أمر مثير للاهتمام. للقيام بذلك ، قم بإزالة الموصل من المستشعر وقم بتجميع الدائرة المشار إليها مباشرة على المسامير.
هنا يمكنك أيضًا استبدال LED بمقياس متعدد. عند تشغيل العمود المرفقي للسيارة يدويًا ، يمكنك ملاحظة ومضات دورية من مؤشر LED أو تغيرات في جهد الخرج من الصفر إلى جهد النظام الكهربائي للسيارة تقريبًا. هناك طريقة بديلة لتسجيل الدخول في مرآب لتصليح السيارات وهي استبدال الجهاز مؤقتًا بجهاز استشعار احتياطي معروف جيدًا.
لقد وجد مستشعر Hall تطبيقًا واسعًا في المعدات المنزلية والصناعية. ليس من الصعب التحقق من قابليتها للخدمة إذا كان هناك فهم لمبدأ تشغيلها.
مقالات مماثلة:
