Czujnik Halla to urządzenie elektroniczne wykrywające obecność pola magnetycznego i przekształcające je w sygnał elektryczny. Jest szeroko stosowany w motoryzacji, automatyce, elektronice użytkowej i przemysłowej, m.in. do pomiaru prędkości obrotowej, położenia wałów czy detekcji obecności obiektów magnetycznych.
Efekt Halla
Podstawą działania czujnika jest efekt Halla, odkryty w 1879 roku przez Edwina Halla:
- Przepływający prąd w przewodniku lub półprzewodniku w polu magnetycznym wytwarza napięcie poprzeczne względem kierunku prądu i pola magnetycznego
- Napięcie to jest proporcjonalne do natężenia pola magnetycznego (B) i umożliwia jego pomiar
- Zjawisko jest wykorzystywane zarówno w analogowych, jak i cyfrowych czujnikach Halla
Budowa czujnika Halla
Typowy czujnik Halla składa się z:
- Element półprzewodnikowy (Hall element) – cienka warstwa półprzewodnika, w której powstaje napięcie Halla
- Obwód wzmacniający i kondycjonujący sygnał – zwiększa poziom napięcia do użytecznego poziomu
- Wyjście analogowe lub cyfrowe – sygnał napięciowy proporcjonalny do pola lub sygnał binarny włącz/wyłącz
- Obudowa i ekranowanie magnetyczne – chronią układ przed zakłóceniami i uszkodzeniem mechanicznym
Rodzaje czujników Halla
- Analogowe
- Wyjście proporcjonalne do natężenia pola magnetycznego
- Pozwalają na precyzyjny pomiar wartości pola i kierunku przepływu magnetycznego
- Przykład: TLE4905 – czujnik liniowy Halla
- Cyfrowe (przekaźnikowe)
- Wyjście w formie sygnału włącz/wyłącz (ON/OFF) przy określonym progu pola magnetycznego
- Stosowane do detekcji obecności magnesu lub odczytu impulsów z wirujących elementów
- Popularne w motoryzacji do pomiaru obrotów wału korbowego czy kół
Zasada działania
- Przepływ prądu przez Hall element wytwarza napięcie Halla w obecności pola magnetycznego
- Układ wzmacniający zwiększa wartość napięcia do poziomu użytecznego dla dalszej elektroniki
- W czujnikach cyfrowych sygnał jest przetwarzany na sygnał binarny włącz/wyłącz
- Sygnał może być następnie wykorzystany do liczenia impulsów, sterowania silnikiem lub sygnalizacji
Zastosowania w motoryzacji i elektronice
- Silniki elektryczne i szczotkowe – pomiar prędkości obrotowej wirnika
- Czujniki położenia wałów korbowych i wałków rozrządu – dokładne sterowanie wtryskiem paliwa i zapłonem
- Systemy ABS i czujniki prędkości kół – generowanie impulsów dla jednostki sterującej
- Elektronika konsumencka – detekcja położenia magnetycznego, np. w telefonach i laptopach
- Automatyka przemysłowa – wykrywanie pozycji elementów maszyn, bezkontaktowe przełączniki
Odczyt impulsów i pomiar sygnału
Czujniki Halla często współpracują z kołami zębatymi lub magnesami wirującymi, generując:
- Sygnał impulsowy – liczba impulsów proporcjonalna do prędkości obrotowej
- Sygnał analogowy – napięcie proporcjonalne do natężenia pola
- Układy sterujące mogą odczytywać impulsy i przeliczać je na prędkość, pozycję lub kąty obrotu
Podsumowanie
Czujnik Halla to niezastąpione narzędzie do bezkontaktowego pomiaru pola magnetycznego i detekcji ruchu. Dzięki różnorodności typów – analogowych i cyfrowych – znajduje zastosowanie w motoryzacji, automatyce przemysłowej, elektronice użytkowej i systemach pomiarowych. Współpraca z układami przetwarzającymi sygnał pozwala na odczyt prędkości, pozycji i obecności elementów magnetycznych, czyniąc czujniki Halla precyzyjnymi i niezawodnymi komponentami nowoczesnych układów elektronicznych.