センサー-ある物理量から別の物理量（通常は電気）へのコンバーターは、家庭用および産業用機器で広く使用されています。それらがなければ、圧力や流量（気体または液体）などの技術パラメータを測定、デジタル化、および処理することは、不可能ではないにしても、非常に困難です。 温度、レベル、磁場または電界強度など。最も広く使用されているセンサーの1つはホールセンサーです。これらは日常生活（スマートフォンやラップトップから始まる）と最も複雑な産業技術の両方で使用されています。
ホール効果-動作原理
この効果は1879年にアメリカの物理学者エドウィンホールによって発見され、彼にちなんで名付けられました。この現象の本質は、金属板を取り、それに電流を流し（図のAB方向に）、次に、たとえば永久磁石によって生成された磁場で板に作用すると、次に、電流の通過に垂直な方向（図のCD）に、電位差があります。
この効果は、移動する電荷に作用し、運動方向に垂直な方向にそれらを変位させるローレンツ力によって発生します。その結果、プレートのエッジで電位差が発生します。これを測定したり、アクチュエータをトリガーするために使用したりできます（事前増幅）。この違いは以下に依存します：
- 流れる電流の強さから;
- 磁場の強さから;
- 導体内の自由電荷キャリアの濃度について。
この現象は、その発見者であるホール効果にちなんで名付けられました。
ホールセンサーの種類と配置
一世紀前に発見されたこの効果は、実用化されました。これに基づいて、磁場センサーが構築されます。それらの利点は、（リードスイッチとは異なり）可動要素や摩擦要素がないため、信頼性がはるかに高いことです。感度の原理によると 産業用センサー ホールは次のように分かれています。
- 単極（北または南の1つの磁極にのみ反応します）;
- バイポーラ（一方の極性の磁界にさらされるとオンになり、反対の極性の磁界にさらされるとオフになります）;
- 全極-磁石の任意の極に反応します。
移動する電荷に対する磁場の作用によって生じる電位差は、せいぜい数十マイクロボルトの単位です。実際のアプリケーションでは、これだけでは不十分であり、電位差を大きくする必要があります。これらのアンプはセンサー本体に直接組み込まれており、アンプの種類によってデバイスは2つのクラスに分類されます。
- アナログ。 それらでは、センサーの出力の電圧は磁場に比例します（それは磁石の強さとそれからの距離に依存します）。オペアンプをベースに構築されており、磁場の測定に使用されます。
- デジタル。 アンプ装着後 コンパレータ またはシュミットトリガー。磁気誘導が特定のしきい値に達すると、出力電圧はゼロから高レベル（通常は供給電圧レベル）にジャンプします。このようなセンサーは、磁気リレーまたはパルスジェネレーターを構築するために使用されます。プレートからの増幅された信号は、しきい値デバイスに適用されます。設定されたレベルに達すると、センサーがトリガーされます。トリガーレベルは、センサーから磁場源までの距離を変えることで調整できます。
ホールセンサーの応用
日常生活におけるホールセンサーの最も一般的な用途は、非接触式の自動車点火システムです。それらの利点は、機械的接触グループがないことです。これは、摩耗、接点の焼損、機械的故障のリスクがないことを意味します。
分配システムには、エンジンのクランクシャフトによって駆動されるレッジ付きのプレート、永久磁石、およびホールセンサー自体が含まれます。プレートが回転すると、クランクシャフトの位置によって決定される厳密に定義された瞬間の突起がセンサーと磁石の間のギャップに落ち、磁場のパラメーターが変化します。センサーはクランクシャフトの回転と同期したパルスを生成し、必要な時点で高電圧コイルへの電圧供給を調整します。また、車内の磁場センサーは、クランクシャフトの位置を認識するために使用されます。
磁気に敏感なセンサーの別の用途は、電気モーターのローターの位置を決定することです。リレー要素はモーター固定子に取り付けられており、極が通過すると作動します。この原則に基づいて、タコメーターまたはスピードメーターを作成できます。
ホール効果に基づいて構築されたデバイスは、ラップトップまたはモバイルデバイスで使用されます-蓋の閉位置の指標として。センサーがトリガーされると、コンピューターはスリープ状態になるか、シャットダウンします。そしてスマートフォンでは、地球の磁場に反応するセンサーの機能の1つは、電子コンパスの構成です。
アナログホールセンサーは、磁場のレベルを評価する必要がある測定器で使用されます。導体の電流強度を非接触で測定する場合に欠かせません。ご存知のように、電流が導体を通過すると、その周囲に磁界が発生します。その強度は、電流の強さに依存します。電流が交流している場合、フィールドは他の方法（たとえば、変流器を使用）で測定できますが、直流を使用する場合は、ホールセンサーが不可欠です。 DC電流クランプはこの原理で機能します。
ホール効果の最もエキゾチックなアプリケーションは、その原理に基づいたイオンロケットエンジンの構築です。
ホールセンサーの性能を確認する方法
センサーをチェックするには、簡単な回路を組み立てることができます。そのためには、センサー自体に加えて、次のものが必要になります。
- 希望の電圧の電源;
- 抵抗器 約1kオームの抵抗で;
- 発光ダイオード;
- 磁石。
LEDがない場合は、LED（および電流制限抵抗）の代わりにLEDを使用できます。 マルチメータを使用する （デジタルまたはポインタ）電圧測定モード。
電源には特別な要件はありません。回路の電流は非常に小さいです。その電圧は、テスト対象のセンサーの供給電圧の範囲内である必要があります。センサーは通常オープンコレクターで作られているため、LEDはアノードと電圧源のプラスに接続され、カソードはテスト対象デバイスの出力に接続されます（ただし、データシートで確認することをお勧めします）。
テスト手順は、テスト対象のデバイスのタイプによって異なります。
- ユニポーラデジタルセンサーをテストするには、1つの極で磁石を取り付ける必要があります。 LEDが点灯するはずです（ポインター電圧計の矢印がずれているか、デジタルテスターの読み取り値が突然変化します）。磁石をかなり離すと、回路は元の位置に戻るはずです。センサーが機能しない場合は、もう一方の極で磁石を裏返し、手順を繰り返す必要があります。 LEDが点滅している場合は、センサーが機能しています。磁石のどの位置でも成功しなかった場合、デバイスは使用できません。
- バイポーラデジタルセンサーは、同様の手法を使用してテストされています。磁石の1つの位置でLEDのみが点灯し、磁場源が取り外されても消灯しません。回路は、同じ極でのさらなる操作に反応してはなりません。磁石を裏返し、反対の極性でセンサーに持ってくると、LEDが消えるはずです。これは、テスト対象のデバイスの状態を示します。回路が機能しない場合は、センサーが故障しています。
- オムニポーラデジタルホールセンサーはユニポーラセンサーと同じ方法でテストされますが、磁気に敏感なデバイスは磁石のどの位置でも機能するはずです。
アナログセンサーはデジタルセンサーと同じ方法でチェックされますが、出力電圧は急激に変化するのではなく、磁力が増加するにつれてスムーズに変化する必要があります（たとえば、永久磁石が近づくか、電磁石巻線の電流が増加します）。
実用的な観点から、自動車の非接触点火システムに取り付けられたホールセンサーをどのようにチェックするかという問題は興味深いものです。これを行うには、センサーからコネクターを取り外し、示された回路をピンに直接組み立てます。
ここでは、LEDをマルチメータに置き換えることもできます。車のクランクシャフトを手動で回すと、LEDが定期的に点滅したり、出力電圧がゼロから車の電気系統の電圧にほぼ変化したりするのを観察できます。ガレージをチェックインする別の方法は、デバイスを正常なスペアセンサーと一時的に交換することです。
ホールセンサーは、家庭用および産業用機器で幅広い用途があります。動作原理を理解していれば、保守性の確認は難しくありません。
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