Der Unterschied zwischen Strom- und Positionserfassung mittels Hall-Effekt

13. November 2019, 08:45 Uhr
Autor: Nick Czarnecki, Product Marketing Manager, Magnetic Sensors, Melexis

Das Erfassen von Größen in all ihren Formen ist für viele Anwendungen von grundlegender Bedeutung. Dabei ist stets ein Material mit einbezogen, das als Wandler fungiert, um eine Eigenschaft in eine andere umzuwandeln. In der Elektronik weist der Sensor physikalische Eigenschaften auf, die sich infolge der Sensorwirkung ändern, z.B. sein Widerstand oder seine Reaktanz, um die Messung einer Strom- oder Spannungsänderung zu ermöglichen.
 
Hall-Effekt
1879 entdeckte Edwin Hall, dass beim senkrechten Eintritt eines stromführenden Leiters oder Halbleiters in ein Magnetfeld eine Spannung im rechten Winkel zum Strompfad gemessen werden kann. Es ist allgemein bekannt, dass der Hall-Effekt aus der Wechselwirkung geladener Teilchen wie Elektronen auf elektrische und magnetische Felder entsteht.
 
Der Hall-Effekt bei Sensoren zeigt sich entweder als messbare Spannungsdifferenz über einem Leiter, durch den ein konstanter Strom fließen muss, oder als messbare Stromdifferenz an einem Leiter, an dem eine konstante Spannung anliegen muss. Die Spannungsdifferenz ist proportional zur Stärke eines Magnetfeldes. Dadurch lässt sich der Hall-Effekt auf zwei sehr spezifische Arten nutzen, auch wenn der zugrunde liegende Effekt in beiden Fällen derselbe ist. Der Signalpegel ist aufgrund der Feldschwankung im Verhältnis zum Hintergrundrauschen gering (im µV-Bereich) und erfordert daher eher fortschrittliche Signalwege, um ihn zu nutzen zu können.



Ohne die Entdeckung von Edwin Hall in irgendeiner Weise diskreditieren zu wollen, ist der Effekt in Wirklichkeit eine Erweiterung der Anwendung der Lorentz-Kraft, die das Wechselspiel zwischen elektrischen und magnetischen Kräften auf eine Punktladung aufgrund einer Variation des elektromagnetischen Feldes beschreibt.

Einfach gesagt beschreibt die Lorentz-Kraft im Fall des Hall-Effekts die Wirkung eines Magnetfeldes auf ein geladenes Teilchen, insbesondere die Richtung, in die es gezwungen wird, wenn es sich durch einen Leiter bewegt, der einem Magnetfeld ausgesetzt ist. Die physikalische Bewegung führt zu einer mehr oder weniger starken Ladung entlang der Leiteroberfläche, was zu der als Hall-Spannung bekannten Potentialdifferenz führt.
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