מדוע נחוצים מגנטים קבועים בחיישני אפקט הול

חיישן אפקט הול או מתמר אפקט הול הוא חיישן משולב המבוסס על אפקט הול ומורכב מאלמנט הול ומעגל העזר שלו. חיישן הול נמצא בשימוש נרחב בייצור תעשייתי, תחבורה וחיי היומיום. מהמבנה הפנימי של חיישן האולם, או בתהליך השימוש, תגלו כימגנט קבועהוא חלק חשוב בעבודה. מדוע נדרשים מגנטים קבועים עבור חיישני הול?

קודם כל, התחילו מעיקרון העבודה של חיישן הול, אפקט הול. אפקט הול הוא סוג של אפקט אלקטרומגנטי, אשר התגלה על ידי הפיזיקאי האמריקני אדווין הרברט הול (1855-1938) בשנת 1879 כאשר חקר את מנגנון ההולכה של מתכות. כאשר הזרם עובר דרך המוליך בניצב לשדה המגנטי החיצוני, הנשא מתהפך, וייווצר שדה חשמלי נוסף בניצב לכיוון הזרם והשדה המגנטי, וכתוצאה מכך הפרש פוטנציאלים בשני קצוות המוליך. תופעה זו היא אפקט הול, אשר נקרא גם הפרש פוטנציאל הול.

אפקט הול הוא בעצם הסטייה של חלקיקים טעונים נעים הנגרמת על ידי כוח לורנץ בשדה המגנטי. כאשר חלקיקים טעונים (אלקטרונים או חורים) כלואים בחומרים מוצקים, הסטייה זו מובילה להצטברות של מטענים חיוביים ושליליים בכיוון הניצב לזרם ולשדה המגנטי, וכך נוצר שדה חשמלי רוחבי נוסף.

אנו יודעים שכאשר אלקטרונים נעים בשדה מגנטי, הם יושפעו מכוח לורנץ. כמו לעיל, בואו נסתכל תחילה על התמונה משמאל. כאשר האלקטרון נע כלפי מעלה, הזרם שנוצר על ידו נע כלפי מטה. ובכן, בואו נשתמש בכלל יד שמאל, ניתן לקו החישה המגנטי של שדה מגנטי B (נורה למסך) לחדור לתוך כף היד, כלומר, כף היד פונה החוצה, ולהצביע על ארבע אצבעות כיוון הנוכחי, כלומר ארבע נקודות למטה. לאחר מכן, כיוון האגודל הוא כיוון הכוח של האלקטרון. האלקטרונים נאלצים ימינה, ולכן המטען בלוח הדק יטה לצד אחד תחת פעולת השדה המגנטי החיצוני. אם האלקטרון נוטה ימינה, יווצר הפרש פוטנציאלים בצד שמאל וימין. כפי שמוצג באיור מימין, אם מד המתח מחובר לצד שמאל וימין, המתח יזוהה. זהו העיקרון הבסיסי של אינדוקציה לאולם. המתח שזוהה נקרא מתח המושרה בהיכל. אם השדה המגנטי החיצוני מוסר, מתח ההול נעלם. אם מיוצג על ידי תמונה, אפקט הול הוא כמו האיור הבא:

i: כיוון הזרם, B: כיוון השדה המגנטי החיצוני, V: מתח הול, והנקודות הקטנות בתיבה יכולות להיחשב כאלקטרונים.

מעיקרון העבודה של חיישן הול, ניתן למצוא שחיישן אפקט הול הוא חיישן פעיל, אשר חייב לדרוש אספקת חשמל חיצונית ושדה מגנטי כדי לעבוד. בהתחשב בדרישות של נפח קטן, קל משקל, צריכת חשמל נמוכה ושימוש נוח ביישום החיישן, מגנט קבוע פשוט ולא אלקטרומגנט מורכב משמש לאספקת השדה המגנטי החיצוני. יתרה מכך, בארבעת הסוגים העיקריים של מגנטים קבועים,SmCoואדמה נדירה NdFeBלמגנטים יש יתרונות כמו תכונות מגנטיות גבוהות ויציבות עבודה יציבה, שיכולים לאפשר למתמר או חיישן אפקט הול להגיע לדיוק, רגישות ומדידות אמינות. לכן NdFeB ו-SmCo משתמשים יותר asמגנטים מתמר אפקט הול.