Bygge av Hall-Effekt Sensor

Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

Bygge av Hall-Effekt Sensor

Inlägg av Spisblinkaren »

Hej!

Jag har i en annan tråd försökt bygga ett ferromagnetiskt en-bitsminne.

Initialt fick jag bevisat för mig själv att det fungerar men bygget blev aldrig bra.

Det visar sig nu att Hall-sensorn är skadad vad gäller ena magnetfältsriktningen (B).

Den ger en sjunkande spänning när jag applicerar B åt ena hållet, men inget alls händer åt andra hållet.

Jag tror jag har skjutit den med statisk elektricitet och kommer köpa två nya för att göra om experimentet.

Under tiden kan man emellertid latcha med att försöka förstå och kanske tom bygga en :)

Vi har alltså:

\(F_q\propto EXB\)

dvs kraften på de fria laddningarna/elektronerna och därmed strömmen beror av, förutom riktning, på beloppet av E-fältet multiplicerat med B-fältet.

Om man föreställer sig att B är riktat rätt in i elementet/plåten och att man har E riktat uppåt så kommer EXB generera en laddningsdrift åt vänster.

Dvs vi får en negativ potential där i förhållande till högra sidan (och det är detta som kallas Hall-Effekten).

Mitt desperata försök går ut på att försöka skapa ett nämnvärt E-fält i en plåt och sedan föra en magnet mot plåten för att slutligen sniffa upp en potentialskillnad.

Funderade kring det faktum att koppar ju leder ström väldigt bra.

Lär inte bli så mycket Volt/meter (E) av det nästan oavsett hur mycket ström jag krämar på :D

Jag krämade slutligen på 2A och mätte några ynka mV som spänningsfall varvid tillförsel av B inte gav ett smack i utslag över den tredje dimensionen.

På nåt sätt antar jag att elementet måste vara relativt högresistivt samtidigt som det måste innehålla fria elektroner.

Det enda jag kan komma på vore om jag hade tillgång till odopat kisel.

För odopat kisel har hög resistivitet samtidigt som det har valenselektroner, tror jag.

Men jag vet inte, jag vet bara att jag uppenbarligen kan för lite om sånt här intressant :)

MVH/Roger
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
SvenW
Inlägg: 1116
Blev medlem: 24 april 2007, 16:23:10
Ort: Göteborg

Re: Bygge av Hall-Effekt Sensor

Inlägg av SvenW »

Bygger du en hallsensor med kopparlaminat?
Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

Re: Bygge av Hall-Effekt Sensor

Inlägg av Spisblinkaren »

Nej, det råkar vara en ren plåtbit.

Men kopparlaminat var ett mycket bra tips som jag inte var ens i närheten av att tänka på även om det fortfarande kommer handla om mV vid 2A.

Menar du alltså att det kan fungera?

MVH/Roger
SvenW
Inlägg: 1116
Blev medlem: 24 april 2007, 16:23:10
Ort: Göteborg

Re: Bygge av Hall-Effekt Sensor

Inlägg av SvenW »

Nej, det går inte! Hallkoefficienten för metaller är väldigt låg.
Du har en chans att se en fältberoende signal om du använder en guldfolie.
Signalen är omvänt proportionell mot tjockleken, därför guldfolie som är 0.1-1 um.
Du bör dessutom driva den med växelström, ca 1 kHz, förstärka den AC och detektera
med en faskänslig likriktare. Då kan man se en signal på några nanovolt.
Experimentet är intressant så rapportera gärna om du ser något!
Med likström direkt behövs mikrovolt, så det går inte!
Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

Re: Bygge av Hall-Effekt Sensor

Inlägg av Spisblinkaren »

Hej SvenW!

Nu har jag provat ditt tips med kopparlaminat.

Samma strömstyrka (men denna gången över långsidan, typ 2cm).

Uppmätte alltså 4mV vid 2A dvs 0,2V/m.

Sen kopplade jag in min DVM, som har upplösningen 1mV, för att försöka detektera Hall-Effekten över kortsidan.

Resultat 0mV :D

Jag är dock säker på att det finns en skillnad.

Funderar på att försöka förstärka den.

Men då bör jag nog vara medveten om att här handlar det om uV dvs förstärkeriet blir inte helt trivialt :)

Men jag är en envis rackare som inte ens kommer prova AC för det jag fascineras mest av (ihop med att det bildas någon Hall-potential över huvud taget) är att Vh tom byter polaritet om B byter riktning.

Återkommer med fler experiment.

Tack för ditt intresse och uppmuntran!

MVH/Roger .
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
Henry
Inlägg: 23588
Blev medlem: 20 april 2005, 02:52:47
Ort: Lund

Re: Bygge av Hall-Effekt Sensor

Inlägg av Henry »

Annars har vismut den högsta halleffekten av alla metaller men det är ändå väldigt små spänningar det handlar om oavsett. Tror vismut används just i hallsensorer och där en OP sedan förstärker till användbara nivåer.
Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

Re: Bygge av Hall-Effekt Sensor

Inlägg av Spisblinkaren »

Tack för den informationen!

Dock är jag inte så intresserad av vilka metaller som har vilka halleffekter eller hallkoefficienter.

Jag är mera intresserad av själva fenomenet dvs varför fenomenet uppstår och om man kan återskapa det hemma på nåt sätt.

Det allra roligaste hade varit om jag verkligen kunde se det hända (utan att behöva köpa specialmetaller).

Nu har jag i alla fall byggt en DC-förstärkare med teoretiska 10000 i förstärkning samt kopplat in den på min "sensor".

Som vanligt kör jag 2A (mitt agg levererar max 3A...) genom sensorn varefter jag mäter.

Jag noterar en rolig biverkan av detta.

När jag sätter på 2A samtidigt som jag mäter Vh med min DC-förstärkare får jag en förändring från c.a 2,0V till c.a 1,8V.

När jag sedan applicerar en magnet händer dock inte ett skvatt :D

Jag tror dock att min DC-förstärkare måste revideras.

Dels pga att den är single-ended (vilket dock borde funka för insignalerna är galvaniskt skilda), dels pga att plusingången och minusingången har netto olika resistans vilket ger onödig offset.

Dock är standardnivån ut, om man säger, fri från rail så offset verkar inte vara nåt problem.

Samtidigt är saker och ting inte så stabila som man kan önska sig för utspänningen driver något med tiden.

MVH/Roger
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
SvenW
Inlägg: 1116
Blev medlem: 24 april 2007, 16:23:10
Ort: Göteborg

Re: Bygge av Hall-Effekt Sensor

Inlägg av SvenW »

Ca3140 dugerinte i sammanhanget. Pröva t.ex.denna:
https://www.elfa.se/elfa3~se_sv/elfa/in ... =73-269-40
Det finns fler med liknade egenskaper.

Dessutom måste man skärma ordentligt,
Termospänningar och induktion är också av denna storleksordning,
så man inte tar miste på dessa och hallsignalen.
Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

Re: Bygge av Hall-Effekt Sensor

Inlägg av Spisblinkaren »

Tack för tipset!

Men vad tror du om min "DC-förstärkare"?

R sitter mest där så att man kan stadga R1 samtidigt som offset minimeras.

CA3140 är en BiMOS dvs den har MOSFET som ingångstrissor men hela förstärkeriet inklusive utgången är bipolär.

Personligen tycker jag det är ett lysande koncept!

BJT & FET är nämligen bra på helt olika saker.

MOS: Hög ingångsimpedans
BJT: Låg utgångsimpedans

T.ex

Dock kan och bör nog min DC-förstärkare uppgraderas något.

Speciellt gäller detta skärmning, som du ju också påpekar.

Dock, kan R sitta där?

Vad gör det för nytta/skada?

Jag kan för lite om OP:amp-kopplingar men såsom min användning ser ut känns det som om R skulle kunna vara så lågt som typ 100 Ohm (vilket skulle balansera bias-strömmarna, som väl inte ens finns ty MOS, ännu bättre).

Jag menar, min källa är ett kopparlaminat med endast milliohm i källresistans, om man säger.

Om man då sätter R=100 Ohm (som då samtidigt blir den "differentiella" ingångsimpedansen) så fångar man inte upp störningar så lätt.

Då tänker jag på störningar som 4kTRB...

Men det känns fel att göra såhär.

Rent intuitivt känns det tom som att R skall bort.

Samtidigt är ingångsimpedansen definitionsmässigt R1 dvs 100 Ohm.

Jag undrar om det är därför det inte hände speciellt mycket när jag med fingrarna petade på ingången?

Men varför ska jag upp i R1 för att det ska bli tydligare/känsligare?

Återigen kanske det är Ohms lag, helt enkelt.

Högre ingångsresistans=mindre ström krävs för att excitera R1.

Och mindre ström, för samma excitation, innebär att källan kan ha en högre resistans.

Men resistansen hos källan är ju \(m\Omega\)!

Vänligen förklara vad jag inte förstår :)

MVH/Roger
SvenW
Inlägg: 1116
Blev medlem: 24 april 2007, 16:23:10
Ort: Göteborg

Re: Bygge av Hall-Effekt Sensor

Inlägg av SvenW »

Kopplingen är ok.
R1 kan behövas för att veta vilken förstärkning man får.
Den bor inte vara större än 100 ohm, dock, men gärna mindre.
R (4.7k) spelar ingen roll.

>> störningar som 4kTRB...
Detta är termiskt brus, inte störning. Man bör skilja på dessa begrepp.
Störning kan man skärma bort, min inte brus.
Det brus som spelar störst roll här är 1/f-bruset. Just CMOS eller BiCMOS
har mycket 1/f-brus och är däför olämpliga.
Den OP jag föreslog har inbyggd undertryckning av drift och 1/f, och den är
mer än tio gånger bättre i detta avseende.
Men bäst är att excitera med AC och då kan man förstärka med en billig
bipolärtrasistor efter en transformator, och då blir bruset kanske
100 gånger lägre. Men, om du bara vill se halleffekten och inte behöver mäta något,
så går det nog även med DC. Har du en kraftig neodymmagnet och två Ampere drivning så bör
det ge någon mikrovolt, och då går det nog att se med en bra OP.

Försökte just se om det gick att detektera halleffekten i Cu-laminat med
funktionsgenerator, transformatorer och oscilloskop. Utan framgång, tyvärr!

Här är en pdf som visar vad man kan förvänta sig:
http://www.science.com.tw/company/index ... oad_id=429

Det ser här rätt enkelt ut. Men det krävs nog en välgjord försöksuppställning.
SvenW
Inlägg: 1116
Blev medlem: 24 april 2007, 16:23:10
Ort: Göteborg

Re: Bygge av Hall-Effekt Sensor

Inlägg av SvenW »

Har nu lyckats påvisa effekten. Nätt och jämt.
Strömmen var ca 10 A, 1kHz, och jag kunde se vad som uppskattningsvis motsvarar
ett par uV i Hallspänning. Polvändning av magneten gav spänning åt motsatt håll.
Magneten är av FeNeB-typ och ger kanske 0.3 tesla vid kopparlaminatet.
Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

Re: Bygge av Hall-Effekt Sensor

Inlägg av Spisblinkaren »

SvenW skrev:Kopplingen är ok.
R1 kan behövas för att veta vilken förstärkning man får.
Den bor inte vara större än 100 ohm, dock, men gärna mindre.
R (4.7k) spelar ingen roll.
Ok, tack.

>> störningar som 4kTRB...
Detta är termiskt brus, inte störning. Man bör skilja på dessa begrepp.
Störning kan man skärma bort, min inte brus.
Slarvigt av mig :)
Det brus som spelar störst roll här är 1/f-bruset. Just CMOS eller BiCMOS
har mycket 1/f-brus och är däför olämpliga.
Har faktiskt läst om 1/f-brus men kommer inte ihåg vad det är för mekanism.

Förklara gärna :)
Den OP jag föreslog har inbyggd undertryckning av drift och 1/f, och den är
mer än tio gånger bättre i detta avseende.
Uppfattat, men finns inte hemma :)
Men bäst är att excitera med AC och då kan man förstärka med en billig
bipolärtrasistor efter en transformator, och då blir bruset kanske
100 gånger lägre.
Ok
Men, om du bara vill se halleffekten och inte behöver mäta något,
så går det nog även med DC.
Precis min önskan :)
Har du en kraftig neodymmagnet och två Ampere drivning så bör
det ge någon mikrovolt, och då går det nog att se med en bra OP.
Vet inte hur stark min magnet är men mer än 3A klararar jag inte.

Vänta lite, om jag parallellar utgångarna kan jag faktiskt nå 6A :)
Försökte just se om det gick att detektera halleffekten i Cu-laminat med
funktionsgenerator, transformatorer och oscilloskop. Utan framgång, tyvärr!
Mycket roligt att höra att du försökte!
Här är en pdf som visar vad man kan förvänta sig:
http://www.science.com.tw/company/index ... oad_id=429
Tack för denna mycket intressanta länk!

Två saker:

1) Zink har tydligen omvänt tecken på sin Hall-Effekt.

Hur fasen är detta överhuvudtaget möjligt?!

Det snackas om "defect electrons"...

Dom enda laddningsbärarna jag känner till är elektroner och hål (dvs avsaknaden av elektroner men som lustigt nog ändå har mobilitet).

Men defekta elektroner?!

2) Hall-Effekten verkar inte vara temperaturberoende.

Snacka om anmärkningsvärt!

MVH/Roger
Senast redigerad av Spisblinkaren 15 april 2015, 00:56:09, redigerad totalt 2 gånger.
Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

Re: Bygge av Hall-Effekt Sensor

Inlägg av Spisblinkaren »

SvenW skrev:Har nu lyckats påvisa effekten. Nätt och jämt.
Strömmen var ca 10 A, 1kHz, och jag kunde se vad som uppskattningsvis motsvarar
ett par uV i Hallspänning. Polvändning av magneten gav spänning åt motsatt håll.
Magneten är av FeNeB-typ och ger kanske 0.3 tesla vid kopparlaminatet.
Sanslöst häftigt!

Tack för dina ansträngningar!

MVH/Roger
PS
Hur vet du förresten det där sista dvs FeNeB-typ samt 0,3 Tesla. Nördigt intressant :)

Järn-Neodynium-Bor, blir det va? :)
Användarvisningsbild
Henry
Inlägg: 23588
Blev medlem: 20 april 2005, 02:52:47
Ort: Lund

Re: Bygge av Hall-Effekt Sensor

Inlägg av Henry »

De kraftigaste permanentmagneter som finns (mig veterligen) och som används i det närmaste till allt idag är just de som är byggda av järn-bor-neodym och som kallas neodymmagneter. Styrkan går att mäta upp men de brukar ha en viss styrka baserat på en viss storlek då det inte skiljer så extremt mycket mellan olika klasserna de sorteras i.

En större neodymiummagnet kan med lätthet komma upp i någon Tesla och tom lite över men då börjar de bli farliga eftersom de är extrem kraftiga med fästkrafter på många 100-tals kilo och således med lätthet kan krossa ett finger eller tom en hand.
SvenW
Inlägg: 1116
Blev medlem: 24 april 2007, 16:23:10
Ort: Göteborg

Re: Bygge av Hall-Effekt Sensor

Inlägg av SvenW »

Kompletterade med en transistor. Nu kan jag tydligt se halleffekten
även med en liten ferritmagnet som kanske ger 100 mT vid kopparfolien.

Om man går ett steg vidare och gör en smalbandig förstärkare med
faskänslig likriktare (lock-in teknik) så går det nog att göra
en magnetfältsmätare med måttliga prestanda på det här sättet,
men den störs lätt av induktion och termoeffekter så det blir nog inte inte så bra.


Det finns bättre magnetometrar. Här en lista efter komplikationsgraden:

1. Kompass

2. Dykspole/flipspole.

3. Magnetoresistiv givare är billig och känslig men har hyss för sig.

4. Hallelement är billiga och bra men har en del brus som
begränsar känsligheten.

5. Fluxgate är bra och förvånansvärt känsliga.
Man kan göra sådana själv utgående från en eller två ferrittoroider.
Lite komplicerad elektronik för signalbehandlingen bara, annars enkelt.

6. NMR magnetometrar med eller utan Oberhauser-teknik.
Extremt noggrann teknik för precisionsmätning av magnetfält.
Svårt men fullt möjligt att göra själv om man är en duktig amatör.
Har själv labbat en del med detta och håller fortfarande på.
Det är en fascinerande metod som dock kräver ett homogent fält.

7. Squidar. Den känsligaste teknik som finns.
Kräver supraledning och finns bara i stora laboratorier.
Skriv svar