لماذا نحتاج إلى مغناطيس دائم في أجهزة استشعار تأثير هول؟

مستشعر تأثير هول أو محول تأثير هول هو مستشعر متكامل يعتمد على تأثير هول ويتكون من عنصر هول ودائرته المساعدة. يستخدم مستشعر القاعة على نطاق واسع في الإنتاج الصناعي والنقل والحياة اليومية. من الهيكل الداخلي لمستشعر القاعة، أو أثناء الاستخدام، ستجد أنالمغناطيس الدائمهو جزء عمل مهم. لماذا نحتاج إلى مغناطيس دائم لمستشعرات القاعة؟

أولاً، ابدأ بمبدأ عمل مستشعر Hall، وهو Hall Effect. تأثير هول هو نوع من التأثير الكهرومغناطيسي، اكتشفه الفيزيائي الأمريكي إدوين هربرت هول (1855-1938) في عام 1879 عندما كان يدرس آلية توصيل المعادن. عندما يمر التيار عبر الموصل بشكل عمودي على المجال المغناطيسي الخارجي، ينحرف الحامل، وسيتم إنشاء مجال كهربائي إضافي عمودي على اتجاه التيار والمجال المغناطيسي، مما يؤدي إلى فرق الجهد عند طرفي الموصل. هذه الظاهرة هي تأثير هول، والذي يسمى أيضًا فرق جهد هول.

تأثير هول هو في الأساس انحراف الجسيمات المشحونة المتحركة الناتجة عن قوة لورنتز في المجال المغناطيسي. عندما تنحصر الجسيمات المشحونة (الإلكترونات أو الثقوب) في المواد الصلبة، يؤدي هذا الانحراف إلى تراكم الشحنات الموجبة والسالبة في الاتجاه العمودي على التيار والمجال المغناطيسي، وبالتالي تشكيل مجال كهربائي عرضي إضافي.

نحن نعلم أنه عندما تتحرك الإلكترونات في مجال مغناطيسي فإنها تتأثر بقوة لورنتز. كما هو مذكور أعلاه، دعونا نلقي نظرة أولاً على الصورة على اليسار. عندما يتحرك الإلكترون للأعلى، فإن التيار المتولد منه يتحرك للأسفل. حسنًا، دعنا نستخدم قاعدة اليد اليسرى، دع خط الاستشعار المغناطيسي للمجال المغناطيسي B (الذي تم إطلاقه في الشاشة) يخترق راحة اليد، أي أن راحة اليد متجهة إلى الخارج، وأشر بأربعة أصابع إلى الاتجاه الحالي، أي أربع نقاط لأسفل. ومن ثم فإن اتجاه الإبهام هو اتجاه قوة الإلكترون. يتم دفع الإلكترونات إلى اليمين، وبالتالي فإن الشحنة الموجودة في اللوحة الرقيقة ستميل إلى أحد الجانبين تحت تأثير المجال المغناطيسي الخارجي. إذا مال الإلكترون إلى اليمين، سيتشكل فرق جهد على الجانبين الأيسر والأيمن. كما هو موضح في الشكل الموجود على اليمين، إذا كان الفولتميتر متصلاً بالجانبين الأيسر والأيمن، فسيتم اكتشاف الجهد. هذا هو المبدأ الأساسي لتحريض القاعة. يسمى الجهد المكتشف بالجهد المستحث في القاعة. إذا تمت إزالة المجال المغناطيسي الخارجي، يختفي جهد هول. إذا تم تمثيله بصورة، فإن تأثير هول يشبه الشكل التالي:

i: اتجاه التيار، B: اتجاه المجال المغناطيسي الخارجي، V: جهد القاعة، ويمكن اعتبار النقاط الصغيرة الموجودة في الصندوق إلكترونات.

من مبدأ عمل مستشعر Hall، يمكن العثور على أن مستشعر تأثير Hall هو مستشعر نشط، والذي يجب أن يتطلب مصدر طاقة خارجيًا ومجالًا مغناطيسيًا للعمل. مع الأخذ في الاعتبار متطلبات الحجم الصغير والوزن الخفيف والاستهلاك المنخفض للطاقة والاستخدام المريح في تطبيق المستشعر، يتم استخدام مغناطيس دائم بسيط بدلاً من مغناطيس كهربائي معقد لتزويد المجال المغناطيسي الخارجي. علاوة على ذلك، في الأنواع الأربعة الرئيسية للمغناطيس الدائم،سمكووندفيب الأرض النادرةتتمتع المغناطيسات بمزايا مثل الخصائص المغناطيسية العالية واستقرار العمل المستقر، والتي يمكن أن تمكن محول الطاقة أو مستشعر تأثير Hall عالي الأداء من الوصول إلى الدقة والحساسية والقياسات الموثوقة. لذلك يستخدم NdFeB وSmCo أكثر من ذلكمغناطيس محول تأثير هول.