เซ็นเซอร์กระแสฮอลล์ทำงานอย่างไร？

เซ็นเซอร์กระแส Hall อาศัยเอฟเฟกต์ Hall ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพพื้นฐานที่ Edwin Hall ค้นพบ เมื่อตัวนำที่มีกระแสไหลอยู่ภายในสนามแม่เหล็กตั้งฉากกับการไหลของประจุไฟฟ้า ตัวพาประจุที่อยู่ภายในตัวนำจะมีแรงเคลื่อนไปด้านข้าง แรงนี้ผลักประจุบวกและลบไปยังด้านตรงข้ามของวัสดุ ทำให้เกิดความต่างศักย์ไฟฟ้าที่วัดได้ที่เรียกว่าแรงดันฮอลล์ เซ็นเซอร์วัดกระแส Modern Hall ใช้หลักการนี้ในการตรวจจับกระแสไฟฟ้าโดยไม่ต้องสัมผัสกับวงจรที่วัดโดยตรงทางไฟฟ้า

มีสองประเภททั่วไป: เซ็นเซอร์แบบวงเปิดและแบบวงปิด สำหรับการออกแบบวงรอบเปิด กระแสเป้าหมายจะผ่านแกนแม่เหล็ก กระแสจะสร้างสนามแม่เหล็กตามสัดส่วนที่มีแกนเฟอร์โรแมกเนติกเข้มข้น ซึ่งจะกำหนดทิศทางฟลักซ์แม่เหล็กผ่านองค์ประกอบฮอลล์ที่วางอยู่ในช่องว่างอากาศของแกนกลาง องค์ประกอบฮอลล์จะส่งแรงดันไฟฟ้าฮอลล์ขนาดเล็กออกมาเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความแรงของสนามแม่เหล็ก และเป็นสัดส่วนกับกระแสที่วัดได้ แอมพลิฟายเออร์ภายในจะขยายสัญญาณอ่อนนี้เป็นสัญญาณแรงดันเอาต์พุตหรือกระแสไฟมาตรฐานที่ใช้งานได้สำหรับตัวควบคุมและมิเตอร์

เซ็นเซอร์ฮอลล์แบบวงปิดหรือที่เรียกว่าเซ็นเซอร์แบบไม่มีฟลักซ์ ให้ความแม่นยำสูงกว่า กระแสปฐมภูมิทำให้เกิดฟลักซ์แม่เหล็กในแกนกลาง ชิปฮอลล์ตรวจจับฟลักซ์นี้และส่งสัญญาณไปยังคอยล์เสริมที่พันอยู่บนแกนกลาง ขดลวดสร้างกระแสทุติยภูมิตรงข้ามซึ่งสร้างสนามแม่เหล็กตรงข้ามเพื่อหักล้างฟลักซ์ดั้งเดิม เมื่อฟลักซ์แม่เหล็กภายในแกนถึงศูนย์ กระแสทุติยภูมิจะรักษาสมดุล ขนาดของกระแสไฟทุติยภูมิที่ชดเชยนี้สะท้อนกระแสไฟหลักที่วัดได้อย่างแม่นยำ รุ่นวงปิดมีการเบี่ยงเบนต่ำ ความเป็นเชิงเส้นที่ดีเยี่ยม และข้อผิดพลาดของอุณหภูมิน้อยที่สุด ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานทางอุตสาหกรรมที่มีความแม่นยำสูง

ข้อได้เปรียบที่ใหญ่ที่สุดของ เซ็นเซอร์กระแสฮอลล์ เป็นแบบแยกกระแสไฟฟ้า ไม่มีการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าโดยตรงระหว่างวงจรวัดแรงดันไฟฟ้าสูงและด้านเอาต์พุตสัญญาณแรงดันต่ำ ซึ่งจะแยกวงจรควบคุมออกจากวงจรกำลัง และป้องกันแรงดันไฟกระชากและความเสียหายทางเสียง ต่างจากตัวต้านทานแบบแบ่งตรงตรงที่แทบจะไม่กินไฟเลย และสามารถวัดได้ทั้งกระแสสลับและกระแสตรง รวมถึงกระแสพัลส์ที่ไม่สม่ำเสมอ

อย่างไรก็ตาม มีข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพอยู่ เซ็นเซอร์แบบวงเปิดประสบปัญหาฮิสเทรีซิสแม่เหล็กและการเบี่ยงเบนของอุณหภูมิ ความไวขององค์ประกอบ Hall เปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิ ซึ่งอาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัดโดยไม่มีวงจรชดเชย การรบกวนทางแม่เหล็กจากสายไฟหรือแม่เหล็กที่อยู่ใกล้เคียงสามารถบิดเบือนการอ่านได้เช่นกัน ผู้ผลิตผสมผสานการปรับสภาพสัญญาณ การชดเชยอุณหภูมิ และการป้องกันเพื่อลดผลกระทบด้านลบเหล่านี้