เหตุใดจึงจำเป็นต้องใช้แม่เหล็กถาวรในเซนเซอร์ Hall Effect

เซ็นเซอร์ฮอลล์เอฟเฟกต์หรือทรานสดิวเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์เป็นเซ็นเซอร์แบบรวมที่ใช้เอฟเฟกต์ฮอลล์และประกอบด้วยองค์ประกอบฮอลล์และวงจรเสริม เซ็นเซอร์ Hall ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการผลิต การขนส่ง และชีวิตประจำวัน จากโครงสร้างภายในของเซ็นเซอร์ฮอลล์หรือในกระบวนการใช้งานจะพบว่าแม่เหล็กถาวรเป็นส่วนการทำงานที่สำคัญ เหตุใดจึงต้องใช้แม่เหล็กถาวรสำหรับเซ็นเซอร์ Hall

ก่อนอื่นต้องเริ่มจากหลักการทำงานของเซนเซอร์ Hall, Hall Effect Hall Effect เป็นเอฟเฟกต์แม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่งซึ่งค้นพบโดยนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน Edwin Herbert Hall (1855-1938) ในปี 1879 เมื่อศึกษากลไกการนำไฟฟ้าของโลหะ เมื่อกระแสไหลผ่านตัวนำที่ตั้งฉากกับสนามแม่เหล็กภายนอก พาหะจะเบี่ยงเบน และสนามไฟฟ้าเพิ่มเติมจะถูกสร้างขึ้นในแนวตั้งฉากกับทิศทางของกระแสและสนามแม่เหล็ก ส่งผลให้เกิดความต่างศักย์ที่ปลายทั้งสองของตัวนำ ปรากฏการณ์นี้คือเอฟเฟกต์ฮอลล์ ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าความต่างศักย์ของฮอลล์

เอฟเฟกต์ฮอลล์คือการโก่งตัวของอนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่ซึ่งเกิดจากแรงลอเรนซ์ในสนามแม่เหล็ก เมื่ออนุภาคมีประจุ (อิเล็กตรอนหรือรู) ถูกจำกัดอยู่ในวัสดุแข็ง การโก่งตัวนี้จะนำไปสู่การสะสมของประจุบวกและประจุลบในทิศทางที่ตั้งฉากกับกระแสและสนามแม่เหล็ก ทำให้เกิดสนามไฟฟ้าตามขวางเพิ่มเติม

เรารู้ว่าเมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก พวกมันจะได้รับผลกระทบจากแรงลอเรนซ์ ดังที่กล่าวมาข้างต้น เรามาดูภาพด้านซ้ายกันก่อน เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ขึ้น กระแสที่สร้างขึ้นจะเคลื่อนที่ลง ลองใช้กฎมือซ้าย ปล่อยให้เส้นตรวจจับแม่เหล็กของสนามแม่เหล็ก B (ยิงเข้าไปในหน้าจอ) ทะลุเข้าไปในฝ่ามือ นั่นคือฝ่ามือออกด้านนอก และชี้นิ้วสี่นิ้วไปที่ ทิศทางปัจจุบันคือลดลงสี่จุด จากนั้นทิศทางของนิ้วหัวแม่มือคือทิศทางแรงของอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนถูกบังคับไปทางขวา ดังนั้นประจุในแผ่นบางจะเอียงไปด้านหนึ่งภายใต้การกระทำของสนามแม่เหล็กภายนอก หากอิเล็กตรอนเอียงไปทางขวา จะเกิดความต่างศักย์ขึ้นที่ด้านซ้ายและด้านขวา ดังแสดงในรูปด้านขวา หากต่อโวลต์มิเตอร์ไปทางซ้ายและขวาก็จะตรวจจับแรงดันไฟฟ้าได้ นี่คือหลักการพื้นฐานของการเหนี่ยวนำห้องโถง แรงดันไฟฟ้าที่ตรวจพบเรียกว่าแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำจากฮอลล์ หากสนามแม่เหล็กภายนอกถูกลบออก แรงดันไฟฟ้าฮอลล์จะหายไป หากแสดงด้วยรูปภาพ เอฟเฟกต์ฮอลล์จะเหมือนกับรูปต่อไปนี้:

i: ทิศทางปัจจุบัน, B: ทิศทางของสนามแม่เหล็กภายนอก, V: แรงดันฮอลล์ และจุดเล็กๆ ในกล่องถือได้ว่าเป็นอิเล็กตรอน

จากหลักการทำงานของเซ็นเซอร์ Hall พบว่าเซ็นเซอร์ Hall Effect เป็นเซ็นเซอร์แบบแอคทีฟซึ่งต้องใช้แหล่งจ่ายไฟภายนอกและสนามแม่เหล็กในการทำงาน เมื่อพิจารณาถึงข้อกำหนดในปริมาณน้อย น้ำหนักเบา การใช้พลังงานต่ำ และการใช้งานที่สะดวกในการใช้งานเซ็นเซอร์ จึงมีการใช้แม่เหล็กถาวรอย่างง่ายแทนแม่เหล็กไฟฟ้าที่ซับซ้อนเพื่อจ่ายสนามแม่เหล็กภายนอก นอกจากนี้ในแม่เหล็กถาวรสี่ประเภทหลักเอสเอ็มซีและธาตุหายาก NdFeBแม่เหล็กมีข้อดี เช่น คุณสมบัติแม่เหล็กสูงและความเสถียรในการทำงาน ซึ่งช่วยให้ทรานสดิวเซอร์หรือเซ็นเซอร์ Hall Effect ประสิทธิภาพสูงเข้าถึงความแม่นยำ ความไว และการวัดที่เชื่อถือได้ ดังนั้น NdFeB และ SmCo จึงใช้มากกว่าเช่นแม่เหล็กทรานสดิวเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์.