Kısaca: Hall etkisi, akım taşıyan bir iletken manyetik alana yerleştirildiğinde yük taşıyıcılarının Lorentz kuvvetiyle bir yana sapması sonucu, akıma ve alana dik yönde küçük bir gerilim oluşmasıdır; Hall effect sensörleri bu gerilimden yararlanarak manyetik alanı algılar. Bu yazıda Hall etkisinin nasıl oluştuğunu, analog ve dijital Hall sensörlerinin farkını ve hız ölçümündeki kullanımını bulabilirsiniz.
Hall Etkisi Nedir? Hall Etkisi, içinden akım geçen bir iletken akıma dik bir manyetik alana yerleştirildiğinde, iletkenin iki kenarı arasında hem akıma hem de manyetik alana dik yönde bir gerilim (Hall gerilimi) oluşmasıdır. Hall effect, manyetik alanın ölçülmesinde en yaygın yöntemdir ve Hall Etkisi sensörleri çok popülerdir. Birçok teknolojik uygulamaya sahiptir. Örneğin, tekerlek hız sensörleri ve krank mili veya eksantrik mili konum sensörleri olarak araçlarda bulunabilirler. Ayrıca genellikle anahtarlar, MEMS pusulaları, yakınlık sensörleri vb. olarak kullanılırlar. Hatta paintball silahları, airsoft silahları ve bazı gps sistemlerinde kullanılmaktadır. Hall Etkisinin ne olduğunu resimlerle açıklayalım.
Hall Etkisi Nasıl Oluşur?
Örnek Hall Etkisini açıklayan görsel: Resimde gösterildiği gibi ince iletken plakamız varsa ve içinden geçecek akımı ayarladıysak, yük taşıyıcıları (elektronlar) plakanın bir tarafından diğer tarafına düz bir çizgide akacaktır.
Şimdiki görselimiz de, plakanın yakınına manyetik alan etkisi oluşturan mıknatıs koyalım. Mıknatıs, Lorentz Force (Wikipedia) adı verilen bir kuvvet nedeniyle yük taşıyıcılarının düz akışını bozar. Böyle bir durumda elektronlar plakanın bir kenarına saparak orada negatif yük birikir, karşı kenar ise pozitif yüklü kalır. Bunun anlamı, iki tarafa bir multimetre ile ölçüm yaparsak, ölçülebilecek bir voltaj ile karşılacağımız anlamına gelir.
Yukarıda açıkladığımız ölçülebilir bir voltaj oluşturan bu yöntemi ilk defa 1879'da keşfeden Edwin Hall'ın adı verilmiştir(hall effect).
Hall Effect Sensörleri
Hall Effect'in temel Hall Elemanı manyetik sensörleri çoğunlukla Gauss başına yalnızca birkaç mikro voltluk çok küçük bir voltaj sağlar, bu nedenle bu cihazlar genellikle yerleşik yüksek kazançlı amplifikatörlerle üretilir.
Hall Effect Sensör Çeşitleri
Biri analog, diğeri dijital çıkış sağlayan iki tip Hall Effect sensör vardır. Analog sensör, bir voltaj regülatörü, bir Hall Elemanı ve bir amplifikatörden oluşur. Devre şemalarından, sensör çıkışının analog ve Hall Element çıkışı veya manyetik alan kuvveti ile orantılı olduğunu görebiliriz. Bu tip sensörler sürekli lineer çıkışları nedeniyle yakınlığı ölçmek için uygundur.
Öte yandan, dijital çıkış sensörleri “ON” veya “OFF” olmak üzere sadece iki çıkış durumu sağlar. Bu tip sensörlerin devre şemalarında gösterildiği gibi ek bir elemanı vardır. Bu, histerez veya iki farklı eşik seviyesi sağlayan Schmitt Tetikleyicisidir ve böylece OUT yüksek veya düşük olur. Schmitt Trigger Devresi hakkında daha fazla bilgi için bağlantıya tıklayabilirsiniz. Bu tip bir sensöre örnek Hall Etkisi anahtarıdır. Bunlar genellikle 3D yazıcılarda ve CNC Makinelerinde limit anahtarları olarak ve ayrıca endüstriyel otomasyon sistemlerinde tespit ve konumlandırma için kullanılır.
Dişli Disk ile Hız Ölçümü
Sensör ve diskin dişleri arasındaki boşluk çok küçük olduğundan sensörün yanına her bir diş geçtiğinde çevresindeki manyetik alanı değiştirerek sensörün çıktısının yükselmesine veya alçalmasına neden olur. Dolayısıyla, sensörün çıkışı, dönen milin RPM'sini hesaplamak için kolayca kullanılabilen bir kare dalga sinyalidir.
İlgili Ürünler
- 3144E Hall Effect Manyetik Sensör Modülü
- NJK-5002C NPN Proximity Hall Effect Sensör
- Manyetik ve Hall Effect Sensörler
Sıkça Sorulan Sorular
Hall effect sensörü ne işe yarar?
Hall effect sensörü, manyetik alanın varlığını veya şiddetini algılayıp elektrik sinyaline çeviren bir sensördür. Araçlarda tekerlek hızı ve krank mili konumu ölçümünde, 3D yazıcı ve CNC makinelerinde limit anahtarı olarak, fırçasız motorlarda rotor konumunu belirlemede ve yakınlık algılamada kullanılır.
Analog ve dijital Hall sensörü arasındaki fark nedir?
Analog (lineer) Hall sensörleri manyetik alanın şiddetiyle orantılı, sürekli değişen bir gerilim verir; bu yüzden yakınlık ve alan şiddeti ölçümüne uygundur. Dijital Hall sensörlerinde ise bir Schmitt tetikleyici bulunur ve çıkış yalnızca açık (ON) ya da kapalı (OFF) olur; bunlar anahtar ve limit switch olarak kullanılır.
Hall etkisini kim keşfetti?
Hall etkisi, 1879 yılında Amerikalı fizikçi Edwin Hall tarafından keşfedilmiştir ve onun adıyla anılır. Hall, akım geçen ince bir iletken plakayı manyetik alana yerleştirdiğinde plakanın iki kenarı arasında ölçülebilir bir gerilim oluştuğunu göstermiştir.
Hall sensörü ile devir (RPM) nasıl ölçülür?
Dönen mile bağlı dişli bir disk ya da mıknatıs sensörün önünden her geçtiğinde manyetik alan değişir ve sensörün çıkışı yükselip alçalır. Ortaya çıkan kare dalga sinyalindeki darbeler sayılarak, belirli bir sürede gelen darbe sayısından milin dakikadaki devir sayısı hesaplanır.
Arduino ile Hall sensörü nasıl kullanılır?
Dijital çıkışlı bir Hall sensör modülünün çıkışı Arduino'nun bir dijital pinine bağlanır ve mıknatısın varlığı digitalRead() ile okunur. Analog (lineer) sensörlerin çıkışı ise bir analog pine bağlanarak alan şiddeti analogRead() ile ölçülür; modül, VCC ve GND pinleri üzerinden Arduino'dan beslenir.