เซ็นเซอร์สนามแม่เหล็ก

ในปัจจุบันเซ็นเซอร์แม่เหล็กเป็นอุปกรณ์ที่นิยมกันมาก เนื่องจากสามารถใช้งานได้หลากหลาย อาทิเช่นเซ็นเซอร์ที่ใช้ในการตรวจจับตำแหน่ง ความเร็ว หรือ ทิศทางในการเคลื่อนที่ และยังเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ออกแบบมาให้สามารถทนทานต่อการสั่นสะเทือน ฝุ่น และน้ำได้

ฮอลล์เอ็ฟเฟ็คเซ็นเซอร์ ก็คือเซ็นเซอร์แม่เหล็กอีกรูปแบบหนึ่งที่จะทำงานก็ต่อเมื่อมีสนามแม่เหล็กอยู่ในบริเวณรอบๆตัวเซ็นเซอร์ โดยเราได้รู้ว่าแล้วว่าสนามแม่เหล็กมีคุณลักษณะที่สำคัญๆได้แก่ ความเข้มสนามแม่เหล็ก(B) และขั้วแม่เหล็ก(เหนือ ใต้) ซึ่งสัญญาณเอ้าต์พุตของฮอลล์เอ็ฟเฟ็คเซ็นเซอร์นั้นเป็นฟังก์ชันที่เกิดจากความเข้มและทิศทางของสนามแม่เหล็ก ดังนั้นเมื่อตัวเซ็นเซอร์ตรวจจับความเข้มของสนามแม่เหล็กรอบๆได้เกินค่าที่กำหนดไว้ จะเกิดแรงดันที่เอ้าต์พุต เรียกว่า "แรงดันฮอลล์(HALL VOLTAGE)"

ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง

ปรากฏการณ์ฮอลล์ (HALL EFFECT) หรือฮอลล์เอฟเฟค เป็นปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าที่ค้นพบโดย เอ็ดวิน ฮอลล์ (EDWIN HALL) ในปี พ.ศ. 2422สิ่งที่เค้าค้นพบมีหลักการโดยสรุปดังนี้

แผ่นตัวนำที่มีกระแสไหลผ่านเมื่อมีฟลักซ์แม่เหล็ก (MAGNETIC FLUX) มากระทำในทิศทางตั้งฉากกับแผ่นตัวนำ จะทำให้เกิดสนามไฟฟ้าหรือแรงดันเรียกว่าแรงดันฮอลล์ (HALL VOLTAGE) ขึ้นที่ตัวนำในทิศทางตั้งฉากกับกระแสและฟลักซ์แม่เหล็ก เมื่อจ่ายกระแสคงที่ให้แผ่นตัวนำจะทำให้กระแสไหลผ่านแผ่นตัวนำอย่างคงที่ โดยอิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่จากขั้วลบไปขั้วบวก

เมื่อมีฟลักซ์แม่เหล็กมากระทำกับแผ่นตัวนำในทิศทางตั้งฉากจะทำให้ประจุพาหะ (CHARGE CARRIER)ขงตัวนำเบี่ยงเบนไปด้านบนของตัวนำ จากรูป ประจุพาหะเป็นอิเล็กตรอนมีประจุเป็นประจุลบทำให้ด้านบนของแผ่นตัวนำมีขั้วไฟฟ้าเป็นลบ ส่วนด้านล่างของแผ่นตัวนำจะมีขั้วตรงข้ามกับด้านบนนั่นคือมีประจุบวก เมื่อวัดความต่างศักย์ระหว่างด้านบนกับด้านล่างทำให้ได้แรงดันไฟฟ้าออกมาเป็นแรงดันลบ โดยขนาดของแรงดันที่วัดได้จะขึ้นอยุ่กับความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กที่มากระทำ หากความเข้มสนามแม่เหล็กมากก็จะทำให้เกิดแรงดันมาก และถ้าความเข้มสนามแม่เหล็กน้อย แรงดันก็จะน้อยตามไปด้วย

ส่วนกรณีที่มีการกลับขั้วแม่เหล็กจะทำให้แรงดันเอาท์พุตกลับขั้วกับกรณีที่กล่าวมา ตัวนำที่มีประจุพาหะเป็นอิเล็กตรอนได้แก่ ตัวนำไฟฟ้าทั่วไป สารกึ่งตัวนำชนิดเอ็น (N-TYPE) ส่วนตัวนำที่มีประจุพาหะเป็นประจุบวกได้แก่ สารกึ่งตัวนำชนิดพี (P-TYPE) ปัจจุบันฮอลล์เอฟเฟคจะอยู่ในรูปของวงจรรวมหรือ IC (INTEGRATED CIRCUIT) ที่ทำมาจากสารกึ่งตัวนำ เนื่องจากสารกึ่งตัวนำจะให้แรงดันเอาท์พุตสูงกว่าตัวนำไฟฟ้าทั่วไป

 การวัดกระแสไฟฟ้าโดยHALL SENSOR

               การใช้งานฮอลล์เซนเซอร์เป็นการใช้วัดค่าความเข้มของฟลักซ์แม่เหล็ก เมื่อความเข้มของฟลักซ์แม่เหล็กเปลี่ยนแปลงตามระยะทาง ดังนั้นเราจึงสามารถนำฮอลล์เซนเซอร์มาใช้เป็นเซนเซอร์วัดการกระจัดได้เช่นกัน

นอกจากใช้วัดสนามแม่เหล็กทั่วไปแล้ว ฮอลล์เซนเซอร์ยังถูกนำมาประยุกต์ใช้งานในการวัดกระแสไฟฟ้าโดยวิธีฮอลล์เอฟเฟคอีกด้วย โดยปกติแล้วการใช้แอมป์มิเตอร์วัดกระแสในวงจรต้องวัดแบบอนุกรมเราอาจต้องตัดวงจรเพื่ออนุกรมมิเตอร์เข้าไปแต่ฮอลล์เอฟเฟคจะทำให้การวัดง่ายขึ้น

เมื่อเราผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไปในขดลวด จะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กขึ้นรอบๆขดลวดเรียกว่า แม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งถ้าเราสามารถวัดสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นนี้ได้ เราก็สามารถคำนวณเป็นค่ากระแสออกมาได้เช่นกัน

ปัจจุบันได้มีการผลิตเซนเซอร์กระแสไฟฟ้าแบบฮอลล์เอฟเฟคในรูปของไอซีหลายเบอร์ด้วยกัน มีตั้งแต่กระแสต่ำๆ ไปจนถึงกระแสเป็นร้อยแอมป์เลยทีเดียว

จากรูปเซนเซอร์กระแส เบอร์ LA55-P ของ LEM สามารถวัดกระแสได้สูงสุด 50A วัดได้ทั้งกระแสตรงและกระแสสลับ ให้เอาท์พุตออกมาเป็นกระแสในอัตราส่วน 1:1,000 หมายความว่า ถ้าวัดกระแส 50A เซนเซอร์ตัวนี้จะให้กระแสเอาท์พุต 50 MA

สำหรับการใช้งานก็เพียงป้อนไฟเลี้ยง ±15V ให้กับเซนเซอร์ แล้วให้เส้นลวดที่เราต้องการวัดกระแสสอดเข้าที่รูตรงกลางเซนเซอร์เท่านั้นเอง จึงไม่ส่งผลกระทบต่อวงจรที่เราจะทำการวัดแต่อย่างใด

UGN3503

ไอซีตรวจจับฮอลเอฟเฟ็ก (hall effect)

-ตรวจจับสนามแม่เหล็กที่มีความไวถึง 23 KHz

- ความไวในการทำงาน 1.30mV/G ที่ไฟเลี้ยง 5V