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Introduction-
हॉल-इफेक्ट विधि (Hall-Effect method) EM field theory में Magnetic field का पता लगाने के लिए various sensing technologies के बीच सबसे आम और व्यापक तकनीक है। हॉल-इफेक्ट सिद्धांत के आधार पर, माप में विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों में कई हॉल-इफेक्ट सेंसर और ट्रांसड्यूसर प्रयोग किये जाते हैं जो आमतौर पर sensing proximity, distance, speed, current and position etc. को समझने के लिए उपयोग किए जाते हैं।
एक Hall Effect sensor (हॉल इफेक्ट सेंसर) या Hall sensor (हॉल सेंसर) एक Device है जो Hall Effect principle का उपयोग करके इसके चारों ओर एक Magnetic field की Presence और magnitude का पता लगाता है। हॉल सेंसर basically magnetic sensors का एक प्रकार हैं जिन्हें विभिन्न अनुप्रयोगों में Positive और Negative Magnetic Fields के response के लिए डिज़ाइन किया गया है। चूंकि Magnetic field में दो महत्वपूर्ण विशेषताएं हैं- magnetic flux density (B) और polarity (position N or S pole), हॉल सेंसर का आउटपुट वोल्टेज strength of the magnetic field (B). के directly proportional होता है। यहां उत्पन्न वोल्टेज transverse है और इसे as Hall Voltage (VH) कहा जाता है।
एक typical Hall Effect sensor diagram नीचे दिखाया गया है-
Hall Effect sensor working principle ( हॉल इफेक्ट सेंसर कार्य सिद्धांत)–
हॉल सेंसर Hall Effect principle पर आधारित होते हैं और Hall Effect principle में कहा गया है कि जब एक current-carrying conductor या Semiconductor को Perpendicular Magnetic field में रखा जाता है, तो एक Transverse Voltage उत्पन्न होता है। इस प्रभाव को हॉल इफेक्ट के रूप में जाना जाता है। और इस Transverse Voltage को हॉल वोल्टेज कहा जाता है। explain theory के लिए एक चित्र नीचे दिखाया गया है-
Hall Effect sensor working-
जब एक Hall Element/हॉल सेंसर DC Supply वाले Circuit से जुड़ा होता है, तो एक धारा प्रवाहित होने लगती है और Charge Carriers लगभग सीधी, ‘Line of sight’ का अनुसरण करते हैं। physical quantities जैसे position, speed, current, temperature, etc. को measure करने के लिए Magnetic systems का उपयोग physical quantities को Magnetic field में परिवर्तन में बदलने के लिए किया जाता है। जब चुंबकीय क्षेत्र में परिवर्तन होता है जो current flow का एक लंबवत घटक है, तो आवेश वाहकों का चुंबकीय क्षेत्र विकृत हो जाता है। इससे आवेश वाहकों के प्रत्यक्ष प्रवाह में व्यवधान उत्पन्न होता है। इस प्रकार एक लोरेंत्ज़ बल उत्पन्न होता है जो ‘दृष्टि रेखा’ पथ और अनुप्रयुक्त Magnetic field दोनों के लंबवत होता है। यह एक Electric field स्थापित करता है जो आगे के charge carriers के flow का विरोध करता है और इसलिए लंबे समय तक प्रवाहित होने वाले आवेश के परिणामस्वरूप एक स्थिर electric potential स्थापित होती है। इसे हॉल वोल्टेज (VH) कहते हैं।
Hall voltage formula –
The Hall voltage (VH) is defined as-
सूत्र से, यह स्पष्ट है कि हॉल सेंसर का आउटपुट वोल्टेज Magnetic field intensity के directly proportional होता है।
Hall Effect sensor circuit
Basically हॉल-इफेक्ट सेंसर Magnetic field को Electrical Signal में परिवर्तित करता है। विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए विभिन्न प्रकार के हॉल सेंसर IC उपलब्ध हैं जोकि एक electromagnet, या permanent magnet, या एक ferromagnetic material इत्यादि के motion, position, speed, change in field strength, का पता लगाने के लिए उपयोग किया जाता है । हॉल सेंसर का उपयोग Switch एप्लिकेशन के लिए भी किया जा सकता है । हॉल सेंसर का एकblock diagram नीचे उल्लिखित है-
हॉल इफेक्ट सेंसर IC 3144 के लिए एक Circuit diagram नीचे दिखाया गया है-
Types of Hall Effect sensors (हॉल इफेक्ट सेंसर के प्रकार)
हॉल सेंसर से आउटपुट के प्रकार के आधार पर, दो type available हैं-
- Linear Hall Sensor
- Digital Hall Sensor
Linear Hall Sensor Basically Analog हॉल सेंसर हैं। यहां हॉल सेंसर का आउटपुट Magnetic field strength (B) के accordingly proportional है। इसलिए Analog Signal output Large Magnetic field के साथ बढ़ता है और weak Magnetic field होने पर घटता है।
Digital Hall Sensor Basically हॉल वोल्टेज को digital form में परिवर्तित करके Magnetic field strength के response में digital output प्रदान करता है। digital hall sensor Schmitt trigger Circuit का उपयोग bi-stable Circuit के रूप में करते हैं जो threshold values से वोल्टेज बढ़ने पर और इसके threshold values तक गिरने पर आउटपुट को लगातार बढ़ाता और घटाता है। डिजिटल हॉल सेंसर का उपयोग speed monitoring, proximity detection, object counting, and switching applications आदि के लिए किया जा सकता है।
Hall Probe-
Hall Probe एक Device है जो एक Magnetic field strength को मापने के लिए calibrated Hall Sensor का उपयोग करता है। इसलिए result from a Hall probe, Probe के orientation के साथ-साथ position पर भी निर्भर करता है।
हॉल सेंसर की Sensitivity का निर्धारण करने वाला प्रमुख कारक higher electron mobility है। कई materials हैं जो विशेष रूप से हॉल इफेक्ट सेंसर के लिए उपयुक्त हैं जैसा कि नीचे दिखाया गया है-
- Gallium Arsenide (GaAs)
- Indium Arsenide (InAs)
- Indium Phosphide (InP)
- Indium Antimonide (InSb)
- Graphene
Hall Effect sensor applications (हॉल इफेक्ट सेंसर एप्लीकेशन)
- BLDC (Brushless direct current) technology में
- BLDC motor में (BLDC fan)
- internal combustion engine ignition timing के लिए
- मोबाइल फोन और टैबलेट में
- RPM sensors जैसे tachometers में
- encoders में
- anti-lock braking systems में (ऑटोमोबाइल उद्योगों में)
- Switching application में
- Position and proximity Sensors में
- Current Sensors में
- Computers में disk drive index sensors के रूप में, कीबोर्ड में
- इनका उपयोग flow, level, pressure and temperature के measurement के लिए भी किया जाता है|
Hall sensor manufacturer
- Allegro Microsystems (Models- A3141, A3142, A3143, A3144, A1101, A1102, A1103, A1104)
- Honeywell Hall Sensor (Model- SS39ET, SS49E, SS59ET Series)
- Carter Microwave (Model- OH137)
Interfacing Hall Effect Sensor Arduino
Hall Effect Sensor Arduino को हॉल सेंसर के साथ जोड़ने के लिए एक Circuit आरेख नीचे दिखाया गया है-
