Czujnik Halla obecny jest w naszym życiu na co dzień, jednak wielu z nas nie zdaje sobie z tego sprawy. Inaczej nazywany jest hallotronem, lub po prostu podzespołem, który wykorzystywany jest w wielu branżach.
Powstał dzięki Edwinowi Hallowi i możesz znaleźć go w swoim smartfonie lub laptopie, ale nie tylko. Czym jest czujnik Halla i jaka jest jego rola w wielu sektorach przemysłu? Dowiesz się z poniższego materiału.
Czym jest czujnik Halla?
Czujnik Halla to nic innego, jak czujnik pola elektromagnetycznego o kwadratowym, prostokątnym lub cylindrycznym (osiowym) kształcie płytki półprzewodnikowej. Wyposażony jest w cztery elektrody – po dwie napięciowe i zasilające. Płytki stosowane są ze względu na swój kształt.
Czujniki Halla o kwadratowym i prostokątnym kształcie wykorzystywane są do przeprowadzania pomiarów pola magnetycznego na otwartych i płaskich przestrzeniach. Osiowe czujniki sprawdzają się do przeprowadzania pomiarów wewnątrz otworów.
Płytka półprzewodnikowa produkowana jest z antymonku indu lub arsenku indu, ponieważ wykazują one stabilne działanie, dużą odporność na zmienne temperatury oraz niską podatność na szumy. Dlatego też czujnik Halla znalazł swoje zastosowanie w sektorze elektronicznym i stosowany jest dziś w urządzeniach, z których korzystamy na co dzień m.in. laptopach i smartfonach.
Skąd wziął się czujnik Halla?
Czujnik Halla został wynaleziony przed Edwina Herberta Halla w drugiej połowie XIX wieku. Młody doktorant chciał sprawdzić jak działa złota folia będąca materiałem przewodzącym w polu magnetycznym.
Eksperyment został przeprowadzony w 1879 roku na podstawie poglądu Jamesa Clerka Maxwella, który był znanym szkockim naukowcem. Twierdził on, że siła, która jest w stanie przesuwać materiał przewodzący umieszczony w polu magnetycznym, powinna oddziaływać na przewodnik, a nie na prąd. Badanie przeprowadzone przez Halla potwierdziło ten pogląd.
Jak działa efekt Halla?
Na lekcji fizyki uczono nas, że pole magnetyczne wytwarzane jest przez poruszający się ładunek elektryczny. Prąd przepływający przez konkretny materiał sprawia, że elektrony, które się w nim znajdują zawsze poruszają się w linii prostej. Efekt Halla zachodzi, gdy w polu magnetycznym wytwarza się różnica pomiędzy płaszczyznami ograniczającymi przewodnik. Różnica ta ułożona jest prostopadle do płaszczyzny, która została wyznaczona przez kierunek indukcji i prądu.
A więc materiał, który znajdzie się pomiędzy biegunami magnesu, nie będzie poruszał się w linii prostej, ale zakrzywionej. Zachodzi różnica potencjałów, ponieważ pole magnetyczne elektronów reaguje na pole magnesu, przez co dochodzi do napięcia. Dzięki temu możliwe jest wykrycie i ustalenie lokalizacji natężenia pola magnetycznego.
Gdy do produkcji czujników Halla wykorzystuje się takie półprzewodniki, jak np. krzem, będą one w stanie zmierzyć labilne napięcie, gdy dany sprzęt będzie znajdował się w polu magnetycznym. Sprawia to, że czujnik Halla jest w stanie sprawdzić, gdzie znajduje się pokrywa laptopa, czy smartfonowe etui.
Przykładowo, gdyby umieszczono czujnik Halla we framudze drzwi, a magnes w skrzydle, wówczas czujnik mógłby określić, kiedy drzwi są zamknięte, a kiedy otwarte. Przykład ten można również przełożyć na smartfon wyposażony w etui z klapką. Telefon zawsze będzie reagował na otwarcie lub zamknięcie klapki, a wszystko dzięki magnesowi umieszczonemu w klapce etui i drugiemu w smartfonie.
Dzięki zmianie pola magnetycznego, urządzenie wie, kiedy etui zostanie otwarte, a kiedy zamknięte. Wielu użytkowników smartfonów, ale i innych urządzeń, ceni sobie takie rozwiązanie, ponieważ ma to wpływ na wygodę użytkowania danego sprzętu. Trzeba jednak wziąć pod uwagę, że etui musi być kompatybilne z danym urządzeniem.
Rodzaje czujnika Halla
Czujniki Halla można podzielić na:
- Liniowe – inaczej analogowe. W przypadku tych czujników napięcie jest zależne od natężenia pola magnetycznego, czyli jeśli pole magnetyczne znajduje się bardzo blisko czujnika, wytwarza również wysokie napięcie wyjściowe. Bardzo często wykorzystywane są do mierzenia gęstości pola magnetycznego. Są bezpieczne w użyciu, gdyż nie potrzebują bezpośredniego kontaktu z przewodzącym komponentem.
- Cyfrowe – w przypadku tych czujników, poziom wyzwalania może być regulowany, w zależności od zmiany odległości czujnika od źródła pola magnetycznego. Cyfrowe czujniki Halla mogą być jednobiegunowe, reagujące jedną polaryzację – południową lub północną. Dwubiegunowe sprawiają, że urządzenie włączy się po wytworzeniu bieguna i wyłączy, gdy zostanie przyłożony przeciwny biegun. Gdy czujnik jest włączony, a magnes zostanie usunięty, urządzenie nie wyłączy się. Znane są również omnipolarne czujniki Halla, które reagują zarówno na północne, jak i południowe pole magnetyczne.
Czujnik Halla – jak sprawdzić?
Zastanawiasz się, jak sprawdzić czujnik Halla w telefonie? Praktycznie każdy smartfon wyposażony jest w czujnik Halla. Jak możesz się o tym przekonać? Wystarczy, że zakupisz do swojego sprzętu magnetyczne etui dedykowane do smartfona, który posiadasz.
Kiedy czujnik Halla wykryje, że w pobliżu znajduje się pole magnetyczne, po zamknięciu klapki, ekran zostanie wygaszony. W momencie, gdy otworzysz etui ekran znów się włączy. Dzięki temu Twój smartfon zużywa mniej energii, co przekłada się na dłuższą żywotność baterii.
W jaki sposób wykorzystywany jest czujnik Halla w smarfonach i laptopach?
Czujnik efektu Halla może być stosowany w różny sposób – najczęściej położenie magnesu jest:
- Boczne – w tym przypadku magnes porusza się bokiem po czujniku Halla. Sprawdza się to podczas diagnozowania prędkości wirowania silnika lub przy liczeniu obrotowych magnesów.
- Czołowe – w tym przypadku czujnik Halla jest w stanie wykryć siłę pola magnetycznego biorąc pod uwagę odległość od magnesu. Czyli im dalej pola magnetycznego, tym napięcie wyjściowe jest mniejsze. Położenie czołowe wymusza prostopadłe umiejscowienie pola magnetycznego względem czujnika Halla, aby magnes oddalał się i przybliżał na wprost do czujnika.
Gdzie jeszcze stosuje się czujniki Halla?
Czujniki Halla wykorzystywane są w wielu gałęziach przemysłu. Nie tylko w elektronice, ale również w motoryzacji. Znajdziesz je m.in. w:
- Drukarkach – dzięki czujnikowi Halla urządzenie wykrywa otwarcie pokrywy lub niski poziom tuszu.
- Samochodach, rowerach elektrycznych i innych pojazdach elektrycznych – zastosowanie detekcji ruchu bocznego pozwala na wykrycie prędkości obrotowej pojazdu. Oprócz tego czujnik Halla umożliwia dobranie odpowiedniej siły hamowania i najwyższą redukcję poślizgu.
- Laptopach – w tym przypadku czujnik Halla wykorzystywany jest jako sensor zamykania klapy.
- Bezszczotkowe silniki elektryczne – umożliwiają precyzyjne sterowanie urządzeniem.
- Ładowarki indukcyjne – na rynku coraz częściej dostępne są ładowarki indukcyjne, które nie wymagają podłączania telefonu do kabla, ale wystarczy tylko położyć urządzenie na ich powierzchni, aby rozpoczęło się ładowanie.
Czujnik Halla – podsumowanie
Jeśli wcześniej zastanawiałeś się czym jest czujnik Halla, to teraz już wiesz, że jest to technologia ułatwiające codzienne korzystanie ze sprzętów i pojazdów elektrycznych.
Dzięki naszemu materiałowi dowiedziałeś się, dlaczego drukarka działa w taki, a nie inny sposób i jak to jest możliwe, że zamknięcie etui smartfona wywołuje wygaszenie ekranu. Korzyści wynikające z zastosowania czujnika Halla są oczywiste, dlatego jeśli nie do końca jesteś przekonany do fizyki, to teraz sam widzisz, jak bardzo jest ona przydatna w codziennym funkcjonowaniu.
WARTO PRZECZYTAĆ:
Gry na PC dla różnych typów graczy – ranking według gatunków
Nowoczesne technologie, które wkraczają do codziennego życia — które warto znać?
Xbox S – dlaczego warto zakupić?