Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Схемы подключения | Принципиальные схемы | Электроснабжение
Розетки и выключатели | Автоматы защиты | Кабель и провод | Монтаж электропроводки Ремонт электротехники | Молодому электрику

Электрик Инфо » Интересные факты, В помощь начинающим электрикам » Эффект Холла и датчики на его основе
Количество просмотров: 106748
Комментарии к статье: 8


Эффект Холла и датчики на его основе


Эффект Холла и датчики на его основеЭффект Холла был открыт в 1879 г. американским ученым Эдвином Гербертом Холлом. Его сущность состоит в следующем (см. рисунок). Если через проводящую пластинку пропускать ток, а перпендикулярно пластинке направить магнитное поле, то в направлении поперечном току (и направлению магнитного поля) на пластинке появится напряжение: Uh = (RhHlsinw)/d, где Rh - коэффициент Холла, зависящий от материала проводника; Н - напряженность магнитного поля; I - ток в проводнике; w - угол между направлением тока и вектором индукции магнитного поля (если w = 90°, sinw = 1); d - толщина материала.

Благодаря тому, что выходной эффект определяется произведением двух величин (Н и I), датчики Холла имеют весьма широкое применение. В таблице приведены коэффициенты Холла для различных металлов и сплавов. Обозначения: Т - температура; В - магнитный поток; Rh - коэффициент Холла в единицах м3 /Кл.

Бесконтактные клавишные переключатели на основе эффекта Холла применялись за рубежом довольно широко уже с начала 70-х годов. Достоинства этого переключателя - высокая надежность и долговечность, малые габариты, а недостатки - постоянное потребление энергии и сравнительно высокая стоимость.

Принцип действия генератора Холла

Принцип действия генератора Холла

Датчик Холла имеет щелевую конструкцию. С одной стороны щели расположен полупроводник, по которому при включенном зажигании протекает ток, а с другой стороны - постоянный магнит.

В магнитном поле на движущиеся электроны воздействует сила. Вектор силы перпендикулярен направлению, как магнитной так и электрической составляющих поля.

Если внести в магнитное поле с индукцией В полупроводниковую пластинку (например, из арсенида индия или антимонида индия), через которую протекает электрический ток, то на боковых сторонах, перпендикулярно направлению тока, возникает разность потенциалов. Напряжение Холла (ЭДС Холла) пропорционально току и магнитной индукции.

Между пластинкой и магнитом имеется зазор. В зазоре датчика находится стальной экран. Когда в зазоре нет экрана, то на пластинку полупроводника действует магнитное поле и с нее снимается разность потенциалов. Если же в зазоре находится экран, то магнитные силовые линии замыкаются через экран и на пластинку не действует, в этом случае разность потенциалов на пластинке не возникает.

Интегральная микросхема преобразует разность потенциалов, создающуюся на пластинке, в отрицательные импульсы напряжения определенной величины на выходе датчика. Когда экран находится в зазоре датчика, то на его выходе будет напряжение, если же в зазоре датчика экрана нет, то напряжение на выходе датчика близкое к нулю.

Принцип действия генератора Холла

Дробный квантовый эффект Холла

Об эффекте Холла написано много, этот эффект интенсивно используется в технике, но ученые продолжают его исследовать. В 1980 г. немецкий физик Клаус фон Клитцунг изучал работу эффекта Холла при сверхнизких температурах. В тонкой пластинке полупроводника фон Клитцунг плавно изменял напряженность магнитного поля и обнаружил, что сопротивление Холла изменяется не плавно, а скачками. Величина скачка не зависила от свойств материала, а являлась комбинацией фундаментальных физических констант, деленной на постоянное число. Получалось, что законы квантовой механики каким-то образом изменяли природу эффекта Холла. Это явление было названо интегральным квантовым эффектом Холла. За это открытие фон Клитцунг получил Нобелевскую премию по физике в 1985 г.

Два года спустя после открытия фон Клитцунга в лаборатории компании Bell Telephone (той самой, в которой был открыт транзистор) сотрудники Стормер и Тсуи изучали квантовый эффект Холла, используя исключительно чистый образец арсенида галлия большого размера, изготовленный в этой же лаборатории. Образец имел настолько высокую степень чистоты, что электроны проходили его из конца в конец, не встречая препятствий. Эксперимент Стормера и Тсуи проходил при гораздо более низкой температуре (почти абсолютный нуль) и с более мощными магнитными полями, чем в эксперименте фон Клитцунга (в миллион раз больше, чем магнитное поле Земли).

К своему большому удивлению Стормер и Тсуи обнаружили скачок в сопротивлении Холла в три раза больший, чем у фон Клитцунга. Затем они обнаружили еще большие скачки. Получалась та же комбинация физических постоянных, но деленная не на целое, а на дробное число. Заряд электрона у физиков считается константой, не делимой на части. А в этом эксперименте как бы участвовали частицы с дробными зарядами. Эффект был назван дробным квантовым эффектом Холла.

Дробный квантовый эффект Холла

Год спустя после этого открытия сотрудник лаборатории Ла-флин дал теоретическое объяснение эффекта. Он заявил, что комбинация сверхнизкой температуры и мощного магнитного поля заставляет электроны образовывать несжимаемую квантовую жидкость. Но рисунке с помощью компьютерной графики показан поток электронов (шары), протыкающих плоскость. Неровности плоскости представляют распределение заряда одного из электронов в присутствии магнитного поля и заряда других электронов. Если электрон добавляется к квантовой жидкости, то образуется некоторое количество квазичастиц с дробным зарядом (на рисунке это показано как набор стрелок у каждого электрона).
В 1998 г. Хорст Стормер, Даниэль Тсуи и Роберт Лафлин были удостоены Нобелевской премии по физике. В настоящее время Х.Стормер - профессор физики Колумбийского университета, Д.Тсуи - профессор Принстонского университета, Р.Лафлин - профессор Стенфордского университета.

Металл (сплав)

Т, °С

В, Тл

R, mj/k

Алюминий

-190

0,54

-0,22

 

0

0,54

-0,33

 

+300

0,54

-0,39

 

+600

0,54

-0,41

Золото

-190

0,54

-0,715

 

0

0,54

-0,695

 

+300

0,54

-0,721

 

+600

0,54

-0,785

Серебро

-190

0,54

-0,925

 

0

0,54

-0,909

 

+300

0,54

-0,949

 

+600

0,54

-1,002

Медь

-190

0,54

-0,56

 

0

0,54

-0,513

 

+300

0,54

-0,543

 

+600

0,54

-0,587

Железо

+26

0,3...1,7

+5,5

Кобальт

+ 100

0,1...1,6

+8,65

 

+300

0,1 ...1,6

+21,2

 

+460

0,1... 1,6

+89,4

 

+960

0,2... 1

+200

Морганец-сурьмо

+20

0...2

+ 1200

 

+320

0...2

+10500

Хром-теллур

0

0-1,6

-31500

Популярные публикации:

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Интересные факты, В помощь начинающим электрикам

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика 



Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Загадки скрещенных токов - Эффект Холла
  • Как работают датчики и токовые клещи для измерения постоянного и переменног ...
  • Что такое амперметр, виды, устройство и принцип работы
  • Магнитное поле Земли
  • Когда станут реальностью плазменные генераторы электричества
  • Демонстрация эффекта Мейснера: сверхпроводники и левитация
  • Что такое скин-эффект и где он применяется на практике
  • Чем отличаются аналоговые и цифровые датчики
  • Роль источника ЭДС в электрической цепи
  • Алюминий дороже золота
  • Категория: Интересные факты, В помощь начинающим электрикам

      Комментарии:

    #1 написал: А. Володченко |

    Спасибо за информацию. Хотелось бы подробнее о конструкции и технических характеристиках датчиков, например, скорости вращения. 

      Комментарии:

    #2 написал: Виктор |

    В абзаце над фотографией датчика сказано: "Когда экран находится в зазоре датчика, то на его выходе будет напряжение, если же в зазоре датчика экрана нет, то напряжение на выходе датчика близкое к нулю." А в предыдущем абзаце: "Если же в зазоре находится экран, то магнитные силовые линии замыкаются через экран и на пластинку не действует, в этом случае разность потенциалов на пластинке не возникает."
    Нет ли здесь противоречия? 

      Комментарии:

    #3 написал: Александр |

    Очень полено начинающему.

      Комментарии:

    #4 написал: геннадий григорьевич |

    Эффект Холла в металлах. Читаем в интернете. Природа кристаллических структур.

      Комментарии:

    #5 написал: Алекесей |

    Эффект Холла - это, по сути, процесс развития разности потенциалов на двух сторонах полоски с током, когда полоска находится в магнитном поле. Величина напряжения зависит от силы тока, силы магнитного поля и свойств проводящего материала. Эффект Холла обнаруживается в проводящих материалах и полупроводниках в различной степени в зависимости от плотности и подвижности носителей тока. 

      Комментарии:

    #6 написал: Борис |

    Эффект Холла это очень полезное явление, помогающее определить тип полупроводника. Зная направление напряжения Холла, можно определить, что данный образец является полупроводником типа, а не полупроводником типа p. Это связано с тем, что коэффициент Холла отрицателен для полупроводников n-типа и положителен для полупроводников p-типа. Кроме того, существует множество типов доступного оборудования, основанного на принципе эффекта Холла, включая датчики эффекта Холла.

      Комментарии:

    #7 написал: Сергей Сергеевич |

    Датчики Холла, то есть датчики магнитного поля, относятся к изделиям с чрезвычайно широким спектром применения. Они чаще всего используются для контроля положения вращающихся элементов, например, валов бесщеточных двигателей (BLDC), генераторов, стартеров, переключателей, а также для определения положения различных элементов ( промышленная автоматика, производственные линии и т. д .). 

      Комментарии:

    #8 написал: Михаил |

    Датчики на основе эффекта Холла, используемые для измерения размеров магнитных полей. Они могут быть цифровыми, униполярными или биполярными. Датчики Холла имеют надежность и надежность, малые размеры и могут использоваться для бесконтактного измерения силы тока, подставки, скорости соединения и определения тока. Они также используются в автомобильной промышленности для измерения скорости передачи данных, определения характеристик ротора и передачи этой информации. Датчики на основе эффекта Холла не чувствительны к пыли, загрязнениям и воде, что делает их лучшими для определения параметров, чем альтернативные средства, такие как оптические и электромеханические измерения.

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Электрик Инфо на Яндекс Дзен

     

    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки
    Андрей Повный - все статьи автора



    Copyright © 2009-2024 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.