Arduino HALL Sensor – Manyetik Sensör – 3144e nasıl kullanılır hakkında bilgilere yer vereceğiz.
Manyetik sensörler, manyetik olarak kodlanmış bilgileri elektronik devreler tarafından işlenmek üzere elektrik sinyallerine dönüştürür. Hall Effect Sensör, Hall etkisini algılayarak çalışır. Sonuçlarını bir devreyi açıp kapatmak, değişen bir manyetik alanın ölçümünü sağlamak veya bir arayüzde görüntülenen gömülü bir bilgisayar tarafından işlenmek için elektronik verilere dönüştüren elektronik bir cihazdır.
Hall Etkisi sonucunda uçlarında voltaj üreten yarı iletken manyetik bir sensördür. Bilindiği üzere endüktif sensörler nesneleri algılamak veya ölçmek için elektromanyetik indüksiyon prensibini kullanan cihazlardır. Yalnızca alanlardaki değişikleri algılayan endüktif sensörlerden farkı ise değişmeyen manyetik alanlara tepki vermesidir. Piyasada çeşitli Hall Sensörleri mevcuttur. Transistöre benzeyen türleri olduğu gibi entegre devrelere benzeyen türleri de vardır. Genellikle üç uçlu ve dört uçlu versiyonları mevcuttur.
Hall etkisi sensörlerinin hassasiyetini belirleyen ana faktör, yüksek elektron hareketliliğidir. Bu yüzden kullanılan malzeme tercihi bu hassasiyeti etkiler. Hall etkisi sensörleri için uygun olarak belirlenen malzemeler: galyum arsenit (GaAs), indiyum arsenit (InAs), indiyum fosfit (InP), indiyum antimonit (InSb), grafen‘dir.
Hall Effect Sensör Nasıl Çalışır? Yapısı ve Çalışma Prensibi
Bir elektrik akımı herhangi bir malzemeden aktığında, akım içindeki elektronlar doğal olarak düz bir çizgide hareket eder ve elektrik şarj olurken kendi manyetik alanını oluşturur.
Elektrik yüklü malzeme, düz bir çizgide hareket etmek yerine kalıcı bir mıknatısın kutupları arasına yerleştirilirse, elektronlar malzeme içinde hareket ederken bunun yerine eğri bir yola saparlar. Bunun nedeni, kendi manyetik alanlarının kalıcı mıknatısın zıt alanına tepki vermesidir.
Bu yeni kavisli hareketin bir sonucu olarak, elektrik yüklü malzemenin bir tarafında daha fazla elektron bulunur. Bu sayede, hem kalıcı mıknatıstan hem de elektrik akımının akışından, malzeme boyunca manyetik alana dik açılarda bir potansiyel fark (veya voltaj) görünecektir.
Tüm manyetik alanların iki önemli özelliği vardır. Birincisi, bir birim alandan geçen manyetik akış miktarını ifade eden “akı yoğunluğu” ve ikincisi, tüm mıknatıslar iki polariteye (Kuzey ve Güney kutupları) sahiptir.
Hall etkisi sensöründen çıkan çıkış sinyali, cihazın etrafındaki manyetik alanın yoğunluğunu temsil eder. Hall etkisi sensörlerinin önceden ayarlanmış bir eşiği vardır ve manyetik akı yoğunluğu bu sınırı aştığında, cihaz ‘Hall Voltajı’ adı verilen bir çıkış üreterek manyetik alanı algılayabilir.
Hall etkisi sensörlerinin hepsinin içinde, bir manyetik alan oluşturmak için kendi içinden sürekli bir elektrik akımı geçiren ince bir yarı iletken malzeme parçası bulunur. Cihaz harici bir mıknatısın yanına yerleştirildiğinde, manyetik akı yarı iletken malzemeye bir kuvvet uygular. Bu kuvvet öncesinde de bahsettiğimiz Lorentz Kuvveti’dir. Bu kuvvet, elektronların hareket etmesine neden olarak ölçülebilir bir Hall voltajı yaratır ve Hall etkisi sensörünü etkinleştirir.
Hall Effect Sensör Ne İşe Yarar ve Nerelerde Kullanılır?
Hall sensörleri yarı iletkenleri (silikon gibi) kullanarak çalışır. Hall sensöründe, ince metal şeride bir akım uygulanır. Akımın yönüne dik bir manyetik alanın varlığında, yük taşıyıcıları Lorentz Kuvveti tarafından saptırılır. Bu da şeridin iki tarafı arasında elektrik potansiyelinde (voltaj) bir fark oluşturur. Bu voltaj farkı (Hall Voltajı) manyetik alanın gücü ile orantılıdır. Sensör manyetik alana yerleştirilir ve iletkendeki değişen voltajı ölçerek çalışır. Yani Hall sensörleri bir manyetik alanda olduğunu algıladığında nesnelerin konumu algılayabilir.
Örnek olarak, bir kapı çerçevesine bir Hall etkisi sensörü ve kapıya bir mıknatıs yerleştirilir. Hall sensörü, manyetik alanın varlığı sayesinde kapının ne zaman açık veya kapalı olduğunu algılayabilir. Aşağıdaki şema, bir Hall etkisi sensörünün bir mıknatısı nasıl algıladığını göstermektedir:
Hall Sensörleri kullanılan yarı iletkenin tipine göre N Tipi veya P Tipinde olabilirler. Manyetik alan sensöre yaklaştığında mıknatısın S Kutbu veya N Kutbu ile iletime geçerler. Mıknatıs sensörden uzaklaşınca iletimden çıkar, yalıtkan duruma geçerler. Manyetik alan dik olmak koşulu ile mıknatıs yatay veya dikey hareket ettirilebilir.
Hall Sensörü Nerelerde Kullanılır?
Hall sensörleri genel haliyle cismin pozisyonunu, uzaklığını veya dönüşünün algılayabilen sensörlerdir. Bu cihazların çeşitli uygulamaları vardır. Hall Sensörleri, manyetik olarak çalışan yarıiletken sensörlerdir. Devir sayma, konum belirleme, kodlama vb. işlemleri yapmak için kullanılabilir.
Hall etkisi sensörleri genellikle otomotiv sistemlerinde konum, mesafe ve hızı algılamak için kullanılır. Ancak en önemlileri diyebiliriz ki kilitlenme önleyici fren sistemlerinde (Anti-lock Braking Systems (ABS)) ve ateşleme zamanlamalarına yardımcı olmak için içten yanmalı motorlarda kullanılmasıdır.
Hall etkisi sensörleri manyetik etkiyle anahtarlama yapabilen ve manyetik alan ölçümlerinde kullanılan katı halli manyetik elemanlardan biridir. Endüstride de kullanılırlar. Bu sensörlere örnek vermek gerekirse sıvı akış sensörleri, akım sensörleri ve basınç sensörleri verilebilir. Bu teknoloji paintball silahlarında ve airsoft silahlarında ve bazı GPS sistemlerinde kullanılmaktadır.
Bu bahsettiğimiz uygulama alanlarına ek olarak otomatik ürün işleme, CNC ekipmanı, Kompaktörler / Balyalar, Hareket dedektörleri, Konum sensörleri (ör: kapılar), Robotik (ör: limit anahtarları), Güvenlik kilitleri (ör. hasara dayanıklı güvenlik anahtarları) örnek verilebilir.
Hall Effect Sensör Çeşitleri
Hall sensörleri voltaj çıkışına göre Analog (Lineer) ve Dijital Sensörler olarak 2 şekilde sınıflandırılır. Bunlara ek olarak çalışma şekline göre de sınıflandırılabilir.
Voltaj Çıkışına Göre Hall Sensörleri
Dijital Hall Sensörleri
Dijital çıkış Hall etkisi sensörleri, dijital voltaj çıkışı sağlamak için öncelikle manyetik anahtar uygulamalarında kullanılır. Bu sayede sisteme AÇIK veya KAPALI giriş sinyali verirler.
Dijital çıkışlı Hall etkisi sensörünün birincil farkı, voltaj çıkışını kontrol etme yöntemidir. Doygunluk sınırlarını sağlayan güç kaynağı yerine, dijital çıkış sensörlerinde op-amp’e bağlı yerleşik histerezisli bir Schmidt tetikleyici bulunur. Bu anahtar, manyetik akı önceden ayarlanmış sınırları aştığında sensör çıkışını kapatır ve akı stabilize olduğunda tekrar açar.
Dijital tip sensörlerin uygulama alanları:
- Dönme sıklığını belirleyen sensörler;
- Senkronizasyon cihazları;
- Arabadaki ateşleme sistemi sensörleri;
- Çalışma mekanizmalarının elemanlarının konum sensörleri;
- Darbe sayaçları;
- Valflerin konumunu belirleyen sensörler;
- Kapı kilitleme cihazları;
- Çalışma maddesi tüketim sayaçları;
- Yakınlık sensörleri;
- Temassız röleler;
- Bazı yazıcı modellerinde, kağıdın varlığını veya konumunu algılayan sensörler.
Analog (Lineer/Doğrusal) Hall Sensörleri
Analog tip bir sensör, manyetik alan daha güçlü olduğunda artan ve zayıf olduğunda azalan sürekli bir voltaj çıkışı sağlar. Bu nedenle, bir analog Hall etkisi sensörünün çıkış voltajı veya amplifikasyonu, içinden geçen manyetik akının yoğunluğu ile doğru orantılıdır.
Lineer tip sensörlerin uygulama alanları:
- Temassız bir şekilde akım gücünü belirleyen cihazlar;
- Takometreler;
- Titreşim seviyesi sensörleri;
- Ferromanyet sensörler;
- Dönme açısını belirleyen sensörler;
- Temassız potansiyometreler;
- DC fırçasız motorlar;
- Çalışan madde akış sensörleri;
- Çalışma mekanizmalarının konumunu belirleyen dedektörler.
Çalışma Şekline Göre Hall Sensörleri
Bipolar Hall Etkisi Sensörleri
Bu sensörler, pozitif veya negatif manyetik alanlar kullanarak çalışan bir tür dijital sensörlerdir. Mıknatısın pozitif veya negatif manyetik alanı sensörü etkinleştirir. Bu konfigürasyonda, iki kutuplu bir Hall effect sensörü kullanan bir anahtar, geleneksel bir Reed anahtarı ile aynı şekilde tetiklenir. Bununla birlikte, Hall effect anahtarının mekanik kontağa sahip olmaması, onu zorlu ortamlarda daha dayanıklı hale getirme avantajına sahiptir.
Unipolar Hall Etkisi Sensörleri
İki kutuplu bir sensörün aksine, bu tür dijital sensörler mıknatısın yalnızca bir kutbu (Kuzey veya Güney) tarafından tetiklenir. Bir anahtarda tek kutuplu bir Hall etkisi sensörü kullanmak, kurulumun daha özel olmasına ve yalnızca belirli bir manyetik direğe maruz kaldığında etkinleştirilmesine olanak tanır.
Doğrudan Açı ve Dikey Açı Hall Etkisi Sensörleri
Daha gelişmiş Hall etkisi sensörleridirler. Kutuplar dışındaki manyetik alanın bileşenlerine odaklanır. Örneğin, doğrudan açı sensörleri manyetik alanın sinüs ve kosinüs ölçümlerini ölçerken, dikey açı sensörleri manyetik alanın çip düzlemine dik değil paralel olan bileşenlerini analiz eder.
Arduino ile birlikte 3144e serisi hall sensör kullanımı aşağıdaki şemadaki bağlantı ve kodlar ile sağlanabilir.
//Görsel İşitsel Teknoloji Kanalı //wwww.teknikerler.com //Kerim Arı Youtube kanalı Hall effect sensör, 3144e Kodları - kullanımı örnek Kodları int hallPin = 2 ; int hallState = 0 ; void setup ( ) { Serial.begin(9600); pinMode ( hallPin , INPUT ) ; } void loop ( ) { hallState = digitalRead ( hallPin ) ; if ( hallState == LOW ) { Serial.println ("Aktif"); } else { Serial.println ("Pasif") ; } }
RPM Hız göstergesi için kullanılabilecek kodlar
//Görsel İşitsel Teknoloji Kanalı //wwww.teknikerler.com //Kerim Arı Youtube kanalı Hall effect sensör, 3144e Kodları - kullanımı örnek Kodları float devir = 0; int rpm; int oncekiZaman = 0; int zaman; void hesapla() { devir++; } void setup() { Serial.begin(9600); } void loop() { detachInterrupt(digitalPinToInterrupt(2)); zaman = millis() - oncekiZaman; rpm = (devir / zaman) * 60000; oncekiZaman = millis(); devir = 0; Serial.print("rpm : "); Serial.println(rpm); attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(2), hesapla, RISING); delay(1000); }HALL SENSÖR HAKKINDA DETAYLI BİLGİ İÇİN VİDEOYU İZLEYEBİLİRSİNİZ