Hall effektmätningssystem

Xiamen Dexing Magnet Tech. Co., Ltd.

Dexing Magnet är ett stort företag med utmärkt kvalitet och perfekt service inom den internationella magnetometer- och maskinindustrin.

varför välja oss

Professionellt team

Den har en grupp erfarna tekniker och chefer inom magnetometer- och magnetindustrin.

Perfekt kvalite

Det har introducerat avancerad teknologi från Japan och Europa, samarbetat med inhemska universitet och vetenskapliga forskningsinstitut och kan producera kompletta uppsättningar av magnetoelektrisk utrustning.

Bra service

Vi erbjuder en omfattande anpassningslösning, skräddarsydd för att möta våra kunders specifika behov och krav.

One-stop-lösning

Tillhandahåller teknisk support, felsökning och underhållstjänster.

Vad är Hall Effect Measuring System?

Hall-effekten är ett fenomen som producerar spänningsskillnaden (Hall-spänningen) över en elektrisk ledare, tvärs en elektrisk ström i ledaren och till ett pålagt magnetfält vinkelrätt mot strömmen.

Förstå och tillämpa Hall-effekten

Hall-effekten upptäcktes av Edwin Hall 1879, men det dröjde många år innan den tekniska utvecklingen gjorde det möjligt för integrerade kretsar att dra full nytta av detta fenomen. Idag erbjuder Hall-effektsensor-IC:er ett bekvämt sätt att uppnå exakta strömmätningar som upprätthåller elektrisk isolering mellan den uppmätta strömvägen och mätkretsen.

Från Lorentz till Hall
Hall-effekten är en förlängning av Lorentz-kraften, som beskriver kraften som utövas på en laddad partikel - som en elektron - som rör sig genom ett magnetfält. Om magnetfältet är orienterat vinkelrätt mot riktningen för elektronens rörelse, upplever elektronen en kraft som är vinkelrät mot både rörelseriktningen och orienteringen av magnetfältet.

Utnyttja Hall-effekten
Spänningarna som genereras via Hall-effekten är små i förhållande till brus, förskjutningar och temperatureffekter som vanligtvis påverkar en krets, och praktiska sensorer baserade på Hall-effekten var därför inte utbredda förrän framstegen inom halvledarteknologin möjliggjorde högt integrerade komponenter som innehåller en Hallelement och ytterligare kretsar som behövs för att förstärka och konditionera Hall-spänningen. Ändå är Hall-effektsensorer begränsade i sin förmåga att mäta små strömmar. Till exempel har ACS712 från Allegro MicroSystems en känslighet på 185 mV/A. Detta innebär att en ström på 10 mA skulle ge en utspänning på endast 1,85 mV. Denna spänning kan vara acceptabel om kretsen har ett lågt brusgolv, men om ett 2 Ω motstånd skulle kunna inkluderas i strömvägen, skulle den resulterande 20 mV utspänningen vara en stor förbättring.

Hall-effekten är relevant för en mängd olika sensortillämpningar; enheter baserade på detta relativt enkla förhållande mellan ström, magnetfält och spänning kan användas för att mäta position, hastighet och magnetfältstyrka. I den här artikeln kommer vi dock att fokusera på enheter som mäter ström via Hall-spänningen som genereras när ett magnetfält som induceras av den uppmätta strömmen koncentreras mot ett integrerat Hall-effektelement.

För-och nackdelar
Prestandaegenskaper varierar från en Hall-effektströmsensor till en annan, så det är svårt att exakt sammanfatta fördelarna och nackdelarna med Hall-effektavkänning i förhållande till den andra vanliga strömavkänningstekniken; nämligen att sätta in ett precisionsmotstånd i strömbanan och mäta det resulterande spänningsfallet med en differentialförstärkare. I allmänhet är dock Hall-effektsensorer värderade för att vara "icke-påträngande" och för att tillhandahålla elektrisk isolering mellan strömvägen och mätkretsen. Dessa enheter anses vara icke-påträngande eftersom ingen betydande mängd resistans är införd i strömvägen, och därför beter sig kretsen som mäts nästan som om sensorn inte är närvarande. En ytterligare fördel är att minimal effekt förbrukas av sensorn; detta är särskilt viktigt vid mätning av stora strömmar.

När det gäller noggrannhet kan för närvarande tillgängliga Hall-effektsensorer uppnå utgångsfel så lågt som 1 %. En väldesignad resistiv strömavkänningskrets skulle kunna överträffa detta, men 1 % skulle i allmänhet vara tillräckligt i högström/högspänningstillämpningar för vilka Hall-effektenheter är särskilt lämpliga.

Isolering
En av de dominerande fördelarna med Hall-effektsensorer är elektrisk isolering, som i ett krets- eller systemdesignsammanhang ofta kallas galvanisk isolering. Principen om galvanisk isolering är involverad när en konstruktion kräver att två kretsar kommunicerar på ett sätt som förhindrar direkt flöde av elektrisk ström. Ett enkelt exempel är när en digital signal passerar genom en optoisolator, som omvandlar spänningspulserna till ljuspulser och därmed överför data optiskt snarare än elektriskt. En av de främsta anledningarna till att implementera galvanisk isolering är att förhindra problem relaterade till jordslingor:

Grundläggande kretskonstruktionsprinciper förutsätter att sammankopplade komponenter delar en gemensam jordnod, som antas vara vid 0 V. I verkligheten består emellertid "jordnoden" av ledare med motstånd som inte är noll, och dessa ledare tjänar som en returväg för ström som flyter från kretsen tillbaka till strömförsörjningen. Ohms lag påminner oss om att ström och resistans skapar spänning, och dessa spänningsfall i returvägen gör att "jord" i en del av kretsen eller systemet inte har samma potential som "jord" i en annan del. Dessa skillnader i markpotential kan leda till problem som sträcker sig från försumbara till katastrofala.

Genom att förhindra likströmsflöde mellan två kretsar, gör galvanisk isolering det möjligt för kretsar med olika jordpotentialer att kommunicera framgångsrikt. Detta är särskilt relevant för strömavkänningsapplikationer: en lågspänningssensor och bearbetningskrets kan behöva övervaka stora, mycket variabla strömmar i till exempel en motordrivkrets. Dessa stora, snabbt föränderliga strömmar kommer att leda till betydande spänningsfluktuationer i returvägen. En Hall-effektsensor gör att systemet både övervakar drivströmmen och skyddar högprecisionssensorkretsen från dessa skadliga jordfluktuationer.

Common-Mode spänning
En annan viktig tillämpning för Hall-effektsensorer är strömmätningar som involverar höga spänningar. I en resistiv strömavkänningskrets mäter en differentialförstärkare skillnaden i spänning mellan ena sidan av ett motstånd och den andra. Ett problem uppstår dock när dessa spänningar är stora i förhållande till jordpotentialen:

Verkliga förstärkare har ett begränsat "common-mode-intervall", vilket innebär att enheten inte kommer att fungera korrekt när ingångsspänningarna, även om de är små i förhållande till varandra, är för stora i förhållande till jord. Common-mode-områden för strömavkänningsförstärkare sträcker sig vanligtvis inte längre än 80 eller 100 V. Halleffektsensorer kan å andra sidan omvandla ström till spänning utan hänvisning till den uppmätta kretsens jordpotential. Följaktligen, så länge som spänningarna inte är tillräckligt stora för att orsaka fysisk skada, påverkar common-mode-spänningen inte driften av en Hall-effektenhet.

Hur fungerar Hall-effektsensorer?

När en elektrisk ström flyter genom något material rör sig elektronerna i strömmen naturligt i en rak linje, med elektriciteten som skapar sitt eget magnetfält när den laddas.

Om det elektriskt laddade materialet placeras mellan polerna på en permanentmagnet, istället för att röra sig i en rät linje, kommer elektronerna istället att avvika i en krökt bana när de rör sig genom materialet. Detta beror på att deras eget magnetfält reagerar på permanentmagnetens kontrastfält.

Som ett resultat av denna nya krökta rörelse finns sedan fler elektroner på ena sidan av det elektriskt laddade materialet. Genom detta kommer då en potentialskillnad (eller spänning) att uppstå över materialet i rät vinkel mot magnetfältet, från både permanentmagneten och flödet av den elektriska strömmen.

Så, hur fungerar en Hall-effektsensor?
Med hjälp av halvledare (som kisel) fungerar Hall-effektsensorer genom att mäta den ändrade spänningen när enheten placeras i ett magnetfält. Med andra ord, när en Hall-effektsensor detekterar att den nu befinner sig i ett magnetfält, kan den känna av objektens position.

Halleffektsensorer och magneter
Magneter är inneboende i Hall-effektsensorer, som aktiveras av närvaron av ett externt magnetfält. Enheten kan sedan känna av när ett föremål rör sig antingen närmare eller längre bort, bara genom magnetfältets olika styrkor.

Som ett exempel, om en Hall-effektsensor placerades i en dörrkarm och en magnet på dörren, skulle sensorn kunna detektera när dörren är öppen eller stängd genom närvaron av magnetfältet.

Alla magnetfält har två viktiga egenskaper. För det första, vad som kallas en "flödestäthet", som hänvisar till mängden magnetiskt flöde som passerar genom en enhetsarea, och för det andra har alla magneter två polariteter (nord- och sydpolen).

Utsignalen som kommer ut från en Hall-effektsensor representerar tätheten av ett magnetfält runt enheten. Halleffektsensorer har ett förinställt tröskelvärde, och när den magnetiska flödestätheten överskrider denna gräns kan enheten detektera magnetfältet genom att generera en utsignal som kallas 'Hall Voltage'.

Halleffektsensorer har alla en tunn bit av halvledarmaterial inuti sig, som passerar en kontinuerlig elektrisk ström genom sig själv för att generera ett magnetfält. När enheten placeras nära en extern magnet utövar det magnetiska flödet en kraft på halvledarmaterialet. Denna kraft orsakar en rörelse av elektroner, skapar en mätbar Hall-spänning och aktiverar Hall-effektsensorn.

Hall-utgångsspänningen från Hall-effektsensorn är direkt proportionell mot styrkan hos magnetfältet som passerar genom halvledarmaterialet. Ofta är denna utspänning ganska liten - lika med bara några mikrovolt - med många Hall-effektenheter inklusive inbyggda DC-förstärkare, tillsammans med logikomkopplande kretsar och spänningsregulatorer, som är till för att förbättra känsligheten (och därmed effektiviteten) av enheten.

Halleffektmätningar nödvändiga för att karakterisera hög bärarmobilitet

Hall-effekten kan observeras när kombinationen av ett magnetfält genom ett prov och en ström längs provets längd skapar en elektrisk ström vinkelrät mot både magnetfältet och strömmen, vilket i sin tur skapar en tvärspänning vinkelrät mot båda. Den underliggande principen är Lorentz-kraften: kraften på en punktladdning på grund av elektromagnetiska fält

Halleffektmätningar är ovärderliga för att karakterisera halvledarmaterial oavsett om de är kiselbaserade, sammansatta halvledare, tunnfilmsmaterial för solceller eller material i nanoskala som grafen. Mätningarna omfattar låg resistans (högt dopade halvledarmaterial, högtemperatursupraledare, utspädda magnetiska halvledare och GMR/TMR-material) och högresistans halvledarmaterial, inklusive halvisolerande GaAs, galliumnitrid och kadmiumtellurid.

Ett Hall-effektmätningssystem är användbart för att bestämma olika materialparametrar, men den primära är Hall-spänningen (VH). Bärarmobilitet, bärarkoncentration (n), Hall-koefficient (RH), resistivitet, magnetoresistans (RB) och bärarkonduktivitetstyp (N eller P) härleds alla från Hall-spänning.

När forskare utvecklar nästa generations IC och mer effektiva halvledarmaterial är de särskilt intresserade av material med hög bärarmobilitet, vilket är det som har väckt mycket av intresset för grafen. Denna enatomtjocka form av kol uppvisar kvant-Hall-effekten och, som ett resultat, ett relativistiskt elektronströmflöde. Forskare anser att Hall-effektmätningar är avgörande för elektronikindustrins framtid

Material med hög bärarmobilitet gör det möjligt att skapa enheter som får maximalt strömflöde vid lägre effektnivåer med snabbare kopplingstider och högre bandbredd. En manipulation av Ohms lag visar vikten av bärarmobilitet för att maximera strömmen. Strömmen är direkt proportionell mot operatörens rörlighet

Alternativen för att maximera strömflödet genom en enhet inkluderar ökande spänning, laddningsbärarkoncentration, provets tvärsnittsarea eller laddningsbärarnas rörlighet. Alla utom de sista har allvarliga nackdelar.

Mätning av rörlighet
Det första steget för att bestämma bärarmobilitet är att mäta Hall-spänningen (VH) genom att tvinga både ett magnetfält vinkelrätt mot provet (B) och en ström genom provet (I). Denna kombination skapar en tvärström. Den resulterande potentialen (VH) mäts över enheten. Noggranna mätningar av både provets tjocklek (t) och dess resistivitet (r) krävs också. Resistiviteten kan bestämmas med antingen en fyrpunktssond eller mättekniken van der Pauw. Med bara dessa fem parametrar (B, I, VH, t och resistivitet) kan Hall-mobiliteten beräknas:
Både Hall-spänningar och den uppmätta van der Pauw-resistiviteten är vanligtvis ganska små, så rätt mätnings- och medelvärdesteknik är avgörande för exakta mobilitetsresultat.

Varför behövs permanenta magneter i halleffektsensorer

Halleffektsensor eller Halleffektgivare är en integrerad sensor baserad på Halleffekt och sammansatt av Hall-element och dess hjälpkrets. Hallsensor används ofta i industriell produktion, transport och det dagliga livet. Från den interna strukturen av hallsensorn, eller under användning, kommer du att upptäcka att permanentmagneten är en viktig arbetsdel.

Halleffekten är i huvudsak avböjningen av rörliga laddade partiklar som orsakas av Lorentz kraft i magnetfält. När laddade partiklar (elektroner eller hål) är inneslutna i fasta material, leder denna avböjning till ackumulering av positiva och negativa laddningar i riktningen vinkelrät mot strömmen och magnetfältet, vilket bildar ytterligare ett tvärgående elektriskt fält.

Vi vet att när elektroner rör sig i ett magnetfält kommer de att påverkas av Lorentzkraft. Som ovan, låt oss först titta på bilden till vänster. När elektronen rör sig uppåt, rör sig den ström som genereras av den nedåt. Tja, låt oss använda vänsterhandsregeln, låt den magnetiska avkänningslinjen för magnetfält B (skjuten in i skärmen) penetrera in i handflatan, det vill säga att handflatan är utåt, och peka med fyra fingrar mot strömriktning, det vill säga fyra punkter nedåt. Då är tummens riktning elektronens kraftriktning. Elektronerna tvingas åt höger, så laddningen i den tunna plattan kommer att luta åt sidan under påverkan av det externa magnetfältet. Om elektronen lutar åt höger kommer en potentialskillnad att bildas på vänster och höger sida. Som visas i bilden till höger, om voltmetern är ansluten till vänster och höger sida, kommer spänningen att detekteras. Detta är grundprincipen för hallinduktion. Den detekterade spänningen kallas hallinducerad spänning. Om det externa magnetfältet tas bort försvinner Hall-spänningen. Om den representeras av en bild är Hall-effekten som följande figur:

I: Nuvarande riktning,

B: Riktningen av det externa magnetfältet,

V: Hallspänning, och de små prickarna i lådan kan betraktas som elektroner.

Från Hall-sensorns arbetsprincip kan man konstatera att Hall-effektsensorn är en aktiv sensor, som måste kräva extern strömförsörjning och magnetfält för att fungera. Med tanke på kraven på liten volym, låg vikt, låg strömförbrukning och bekväm användning vid appliceringen av sensorn, används en enkel permanentmagnet snarare än en komplex elektromagnet för att tillföra det externa magnetfältet. Dessutom, i de fyra huvudsakliga typerna av permanentmagneter, har SmCo och NdFeB sällsynta jordartsmetallmagneter fördelarna som höga magnetiska egenskaper och stabil arbetsstabilitet, vilket kan göra det möjligt för högpresterande Hall-effektgivare eller sensorer att uppnå noggrannhet, känslighet och tillförlitliga mätningar. Därför använder NdFeB och SmCo mer som Hall-effekttransduktormagneter.

Vår fabrik

Dexing Magnet ligger i staden Xiamen, Kina som är en vacker halvö och en internationell hamn, med fabriken i Jiangsu, Zhejiang Kina, grundades 1985, den tidigare identiteten är en militärfabrik, forskar och utvecklar kommunikationsdelar, detta anläggningen förvärvades senare av Dexing Group 1995.

FAQ

F: Vad är Hall-effektmätsystemet?

S: Hall-effekten är ett fenomen som producerar spänningsskillnaden (Hall-spänningen) över en elektrisk ledare, tvärs mot en elektrisk ström i ledaren och till ett pålagt magnetfält vinkelrätt mot strömmen.

F: Vad är Hall mätteknik?

S: En grundläggande Hall-effektmätningskonfiguration kommer sannolikt att innehålla följande komponenter och tillval: En konstantströmkälla av en storleksordning som är beroende av provets motstånd. För materialprover med låg resistivitet måste källan kunna mata ut från milliampere till ampere ström.

F: Vad är den enkla definitionen av Hall-effekt?

S: Halleffekten är avböjningen av elektroner (hål) i en n-typ (p-typ) halvledare med ström som flyter vinkelrätt mot ett magnetfält. Avböjningen av dessa laddade bärare sätter upp en spänning, kallad Hall-spänningen, vars polaritet beror på den effektiva laddningen av bäraren.

F: Vad tillåter Hall-effekten oss att avgöra?

S: Omvänt, om magnetfältet är känt, kan Hall-effekten användas för att karakterisera drifthastigheten för elektroner och andra mikroskopiska storheter för materialet som Hall-sonden är gjord av. Halleffekten låter oss bestämma att det är negativa laddningar som flyter, och inte positiva laddningar.

F: Vad är Hall-effekten för dummies?

S: Halleffekten är rörelsen av elektroner genom en ledare mot en magnetisk attraktion. Det orsakar en mätbar spänningsskillnad över ledaren så att den ena sidan är positivt laddad och den andra negativt.

F: Vad påverkar Hall-strömmåttet?

S: Halleffektströmavkänning möjliggör realtidsstyrning i solcellsinvertersystem med förstärkta arbetsspänningar upp till 1 100 V. Halleffektströmsensorer möjliggör strömmätningar för skenor så höga som 1 100 V, med förstärkt isolering för att säkerställa säkerheten för andra systemelektronik.

F: Hur mäter Hall-effekten hastighet?

S: Om ett Hall-element är installerat nära skivspelaren, när skivspelaren roterar med axeln, påverkas Hall-elementet av magnetfältet som genereras av magneten, så det matar ut en pulssignal vars frekvens är proportionell mot hastigheten, då kan hastigheten beräknas genom att mäta pulsperioden eller frekvensen.

F: Vad används en Hall's effect pick-up för att mäta?

S: Halleffektupptagning kan användas för mätning av ström av magnetfält som produceras på grund av strömflöde.

F: Är Hall-effekten sant för metaller och halvledare?

S: Det står att om ett prov (metall eller halvledare) som bär en ström (I) placeras i ett tvärgående magnetfält (B), induceras ett elektriskt fält i riktningen vinkelrät mot både I och B.

F: Varför är Hall-effekten så viktig?

S: Hall-effekten kan också användas för att mäta tätheten hos strömbärare, deras rörelsefrihet eller rörlighet, samt för att detektera närvaron av en ström på ett magnetfält.

F: Vad är den grundläggande principen för Hall-effekten?

S: Principen för Hall-effekten säger att när en strömförande ledare eller en halvledare introduceras till ett vinkelrät magnetfält kan en spänning mätas i rät vinkel mot strömvägen. Denna effekt av att erhålla en mätbar spänning är känd som Hall-effekten.

F: Vad är syftet med Hall-effekten?

S: Hall-effekten är grundläggande för fast tillståndsfysik och ett viktigt diagnostiskt verktyg för karakterisering av material – särskilt halvledare. Det ger en direkt bestämning av både laddningsbärarnas tecken, t.ex. elektron eller hål (bilaga A), och deras densitet i ett givet prov.

F: Vad är Hall-effekten vid mätning?

S: Som ett resultat är Hall-effekten mycket användbar som ett sätt att mäta antingen bärardensiteten eller magnetfältet. En mycket viktig egenskap hos Hall-effekten är att den skiljer mellan positiva laddningar som rör sig i en riktning och negativa laddningar som rör sig i motsatt riktning.

F: Vad används Hall-effekten till i verkligheten?

S: Tillämpningar för Hall-effekt IC inkluderar användning i tändsystem, hastighetskontroller, säkerhetssystem, inriktningskontroller, mikrometrar, mekaniska gränslägesbrytare, datorer, skrivare, diskenheter, tangentbord, verktygsmaskiner, nyckelbrytare och tryckknappsbrytare.

F: Vad kan inte bestämmas av Hall-effekten?

S: Halleffekten kan inte användas för att bestämma magnetfältet, som inte verkar vinkelrätt mot det elektriska fältets riktning.

F: Vad kan du hitta genom att använda Hall-effekten?

S: Så, Hall-effekten används för att mäta laddningsbärarkoncentrationen av halvledarna eller isolatorerna och spänningen som produceras av magnetfältet.

F: Vad är kärnan i Hall-effekten?

S: I huvudsak handlar Hall-effekten om laddningsbärare (oftast elektroner) som rör sig i en riktning i rät vinkel mot både en elektrisk ström och ett magnetfält.

F: Vad upptäcker en Hall-effektenhet en förändring i?

S: Med hjälp av halvledare (som t.ex. kisel) fungerar Hall-effektsensorer genom att mäta den ändrade spänningen när enheten placeras i ett magnetfält. Med andra ord, när en Hall-effektsensor detekterar att den nu befinner sig i ett magnetfält, kan den känna av objektens position.

F: Vad är syftet med Hall-mätningen?

S: Ett mått på Hall-effekten och resistiviteten ger en mängd information såsom bärardensiteten, bärarnas rörlighet och bärartypen. Bärardensiteten är antalet mobila bärare per volym i materialet, och för halvledare är den relaterad till dopningen av halvledaren.

F: Hur mäter Hall-effekten ström?

S: De består av en Hall-effektsensor monterad i gapet på en magnetisk kärna. Utsignalen från Hall-effektsensorn förstärks och mäter fältet som skapas av strömmen utan att komma i kontakt med det. Detta ger galvanisk isolering mellan kretsen och sensorn.

Som en av de ledande tillverkarna och leverantörerna av halleffektmätsystem i Kina, välkomnar vi dig varmt att köpa anpassat halleffektmätsystem från vår fabrik. All utrustning är av hög kvalitet och konkurrenskraftigt pris.

Karakterisering av materialvärmeöverföring, Matbevaring Testning av magnetfältkälla, testning för att bestämma materialegenskaper