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Hall Effekt Geschwindigkeits und Richtungssenor

Aufbau und Funktionsweise[ Bearbeiten Quelltext bearbeiten ] Schaltzeichen für einen Hallsensor Hall-Sensoren bestehen aus möglichst dünnen kristallinen dotierten Halbleiter -Schichten, die seitlich zumeist vier Elektroden besitzen.

Durch die zwei gegenüberliegenden Elektroden wird ein Strom eingespeist, die beiden orthogonal dazu liegenden Elektroden dienen der Abnahme der Hall-Spannung.

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Wird ein solcher Hall-Sensor von einem senkrecht zur Schicht verlaufenden Magnetfeld durchströmt, liefert er eine Ausgangsspannungdie proportional zum vorzeichenbehafteten Betrag des Vektorprodukts aus magnetischer Flussdichte und Strom ist. Die Ursache ist die Lorentz-Kraft auf die sich bewegenden Majoritätsladungsträger in der Schicht.

Das sich zwischen den Messelektroden einstellende Elektrische Feld befindet sich im Gleichgewicht zur Hallspannung und verhindert eine weitere Ladungsträger-Separation.

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Ein Hall-Sensor liefert auch dann ein Signal, single hall sensor das Magnetfeld, in dem er sich befindet, konstant ist. Dies ist der Vorteil im Vergleich zu einer einfachen Spule als Magnetfeldsensor z. Induktionsschleife, Rogowski-Spuledie nur die Ableitung des Magnetfeldes von der Zeit feststellen kann. Ein weiterer wichtiger Vorteil von Hall-Sensoren ist, dass zu ihrer Realisierung keine ferro- oder ferrimagnetischen Materialien wie z.

Nickel oder Eisen benötigt werden.

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Damit wird das zu messende Magnetfeld nicht schon dadurch verändert, dass man den Sensor hinein bringt. Magnetoresistive Sensoren oder Fluxgate-Magnetometer besitzen diese Eigenschaft nicht. Bauformen und Typen[ Bearbeiten Quelltext bearbeiten ] Analoge oder ratiometrische Hall-Sensoren liefern ein magnetfeldproportionales Signal oder einen digitalisierten Wert.

Hall-Sensor

Hall-Sensor im Spalt eines Ringkernes zur Gleichstrommessung Hall-Sensor zur Positionsbestimmung Einachsige Hall-Sensoren werden aus dünnen Halbleiter -Schichten hergestellt. In Silicium Si werden bei einer Ladungsträgerbeweglichkeit von ca.

Indiumantimonid InSb werden bei einer Ladungsträgerbeweglichkeit von Typische Bauformen single hall sensor Rechteckform Schmetterlingsform Kreuzform Zur Kompensation der Stromabhängigkeit des Signales werden die Sensoren mit Konstantstrom betrieben.

Zur Abnahme der Hallspannung dient ein Instrumentenverstärker Differenzverstärkersodass mit hohem Eingangswiderstand die Differenzspannung gemessen werden kann, welche am Sensor nicht potenzialfrei auf dem Niveau der halben Betriebsspannung auftritt. Sie wird zur besseren weiteren Verarbeitbarkeit mittels des Differenzverstärkers auf Masse bezogen.

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Meist werden Hall-Elemente in Schaltkreise integriert, in denen eine SignalverstärkungAnalog-Digital-UmsetzungDigitale Signalverarbeitung sowie eine Offset- und Temperaturkompensation sowie Empfindlichkeitskorrektur erfolgt. Hall-Sensor mit integrierter Signalverarbeitung Der Nachteil der niedrigeren Empfindlichkeit bei CMOS integrierten Hall-Sensoren wird durch die integrierte Signalverarbeitung mehr als kompensiert und es stehen Sensor-ICs zur Verfügung, in denen die komplette Signalaufbereitung automatisch erfolgt.

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Der Offset der Hall-Sensoren wird durch eine spezielle Betriebsart des Sensorelementes, den sogenannten Spinning-Current-Betriebreduziert. Nichtlinearitäten werden durch Korrekturfunktionen kompensiert, die man in Form von Wertetabellen im IC ablegt. Der Sensor muss nur angeschlossen werden und liefert ein digitales oder analoges Ausgangssignal.

Bei integrierten Hall-Sensoren wird zwischen lateralen Hall-Sensoren Messung der magnetischen Flussdichte senkrecht zur Chipoberfläche und vertikalen Hall-Sensoren Messung der magnetischen Flussdichte parallel zu Chipoberfläche unterschieden.

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