Halleffekt

Teori
Halleffekt har fått sitt namn efter fysikern Edwin Hall som upptäckte fenomenet 1879. Det han upptäckte var om en strömförande ledare placeras vinkelrätt mot ett magnetfält bildas en potentialskillnad över ledaren. Detta kom att kallas Hallspänning (Hall voltage).
Utan påverkan av ett externt magnetfält kommer de elektriska laddningarna i en ledare flöda i en rak linje, men i ett magnetfält vinkelrätt mot ledaren kommer laddningarnas flöde böjas av en kraft, denna kraft heter Lorentzkraft. Den potentialskillnad som bildas av de böjda laddningarna är Hallspänning.

Halleffektsensorer
Även om Hall’s upptäckt följdes av framgångsrika experiment var den praktiska användningen för Halleffekt begränsad. Detta ändrades med utvecklingen av halvledare på 60-talet. De första halleffektsensorerna var en kombination av halleffekt-sensorelement och spänningsregulatorer som utvecklades till de första halleffektsbrytarna i en integrerad krets.

Nu är halleffektsensorer tillgängliga med en stor variation av egenskaper för olika applikationer. En sensorkrets är idag mycket kapabel men integreras ofta i en givare. Givarens egenskaper kan variera men de är ofta utrustade med spänningsregulator, skydd för EMC, kalibreringsfunktioner, mekanisk inkapsling av elektronik och magnet, elektrisk anslutning mm.

Läs mer om sensorer och givare i vår artikel som förklarar de olika begreppen.

Magnetiskt flöde och orientering
Halleffektsensorer påverkas av två magnetiska egenskaper, magnetiskt flöde och hur magnetens polaritet är orienterad i förhållande till sensorn. Korrekt konfiguration av sensor, magnet och orientering är nödvändig för korrekt prestanda då endast de magnetiska vektorer som är vinkelräta mot sensorn påverkar halleffektelementet. Även om detta är sant i teorin och för en-dimensionella sensorer har utvecklingen av två- och tredimensionella sensorer ökat flexibiliteten i magnet-sensorkonfiguration. Läs mer i stycket om 2D- och 3D-sensorer. Halleffektsensorer finns i olika varianter, designade för en specifik magnetisk flödestäthet och en viss magnetorientering t ex linjärt rakt mot sensorn, svepande över sensorn eller roterande. Denna funktionalitet är oftast inbyggd i halleffektgivare.

Brytande och absolutsensorer
De första halleffektsensorerna var brytande, sensorn bryter när den magnetiska flödestätheten passerar ett givet gränsvärde. Brytande sensorer kan användas fristående som t ex en gränslägesbrytare, eller vara integrerade i en inkrementell givare genom att kombinera sensor och en magnet med speciella egenskaper. Typiska applikationer är magnetiska encoder och kuggkrans-givare.

Den enklaste varianten av absolutsensor är den ratiometriska sensorn, utsignalen är proportionell till magnetfältstyrkan och dess orientering. Detta är grundprincipen för alla analoga halleffektsensorer men idag finns de med en mängd olika alternativ. Analoga sensorer används I linjär- och vinkelgivare som finns med olika funktioner och val av utsignal, matningsspänning, programmerbara parametrar etc. Analoga givare används i en stor variation av applikationer t ex linjär positionering av cylindrar, mätning av styrvinkel i bilar, kranstyrning, gaspedaler etc.

2D och 3D sensorer
Traditionella endimensionella sensorer känner bara av magnetfält som är vinkelräta mot sensorn. Detta kräver noggrann positionering av magneten då toleranserna för magnetavstånd och rörelse är låg. Även materialegenskaper så som varianser i magnetfältstyrka i olika magneter, temperaturvariationer etc. spelar roll.

Med två- eller tredimensionella sensorer mäts magnetfältet i två eller tre dimensioner; X, Y och Z. Detta är användbart för flerdimensionell positionering t ex i joysticks. Men möjliggör även en mer robust och noggrann positionering i roterande och linjära givare genom att nyttja fler dimensioner i beräkningen av position.

Här hittar du våra vinkelgivare med halleffekt:

Vinkelgivare