أوجه الاختلاف والتشابه بين مستشعرات هول ذات الحلقة المغلقة ومستشعرات هول ذات الحلقة المفتوحة

مستشعرات هول، التي تستفيد منتأثير هولتُعدّ مستشعرات هول (التي تُولّد فرق جهد عبر موصل عند تعرضه لمجال مغناطيسي عمودي على اتجاه التيار) أساسية في الكشف عن المجالات المغناطيسية والتيارات والمواقع وغيرها. ومن بين أنواعها، تختلف مستشعرات هول ذات الحلقة المغلقة ومستشعرات هول ذات الحلقة المفتوحة اختلافًا كبيرًا في بنيتها وأدائها وتطبيقاتها، مع أنها تشترك في مبادئ أساسية. تتناول هذه المقالة أوجه التشابه والاختلاف بينهما وتداعياتها العملية.

أولاً: أوجه التشابه الأساسية

تعتمد مستشعرات هول، سواء ذات الحلقة المغلقة أو المفتوحة، على تأثير هول لتحويل الإشارات المغناطيسية إلى إشارات كهربائية. وتشمل مكوناتها الأساسية ما يلي:عنصر هول(صفيحة من أشباه الموصلات أو سبائك المعادن) ودوائر معالجة الإشارة (مثل المضخمات والمرشحات). علاوة على ذلك:

• مبدأ العمل الأساسيكلاهما يحددان المجالات المغناطيسية عن طريق قياس جهد هول (${في}_{ح}={ك}_{ح}أناب$، أين${ك}_{ح}$يمثل معامل هول،$أنا$يمثل تيار الانحياز، و$ب$(كثافة التدفق المغناطيسي).

  
  

• تقاطع التطبيقات: تجد هذه التقنيات استخدامًا في مجالات متداخلة مثل الأتمتة الصناعية (لاستشعار الموقع)، وأنظمة السيارات (في الكشف عن تيار توجيه الطاقة الكهربائية)، والطاقة المتجددة (مثل مراقبة تيار العاكس الشمسي).

  
  

ثانيًا: الاختلافات الرئيسية

تنشأ هذه الاختلافات من هياكلها التشغيلية ومقايضات التصميم:

1. آلية التشغيل

• مستشعر هول ذو حلقة مفتوحةيعمل بطريقة "الكشف المباشر". يستشعر عنصر هول المجال المغناطيسي مباشرةً، وجهد الخرج (${في}_{الفيت}$يتناسب هذا مع كثافة التدفق المغناطيسي بعد التضخيم. لا توجد حلقة تغذية راجعة لتصحيح الأخطاء، فالمخرج يعتمد كلياً على استجابة عنصر هول للمجال الخارجي.

  
  

• مستشعر هول ذو حلقة مغلقة(المعروف أيضًا باسمتم تعويضهأوالتدفق - متوازنأجهزة الاستشعار): يتبنىآلية التغذية الراجعةعندما يستشعر عنصر هول مجالًا مغناطيسيًا، فإنه يُولّد جهدًا كهربائيًا يُشغّل ملف تعويض. يُولّد هذا الملف مجالًا مغناطيسيًا معاكسًا "لإلغاء" المجال الأصلي، مما يجعل عنصر هول في حالةتدفق صفرييمثل التيار الموجود في ملف التعويض (أو الإشارة المشتقة) المجال المغناطيسي/التيار المقاس، حيث أنه يوازن مجال الإدخال.

  
  

2. التعقيد الهيكلي

• حلقة مفتوحةيتميز بتصميم أبسط، مع عدد أقل من المكونات (عنصر هول + معالجة إشارة أساسية). هذا يقلل من الحجم والتكلفة واستهلاك الطاقة، مما يجعله مناسبًا للأجهزة الصغيرة منخفضة التكلفة.

  
  

• حلقة مغلقةيُعدّ هذا التصميم أكثر تعقيدًا، مما يستلزم مكونات إضافية: ملفات تعويض، ومحركات عالية الدقة، ودوائر تحكم تغذية راجعة. تزيد هذه المكونات الإضافية من الحجم والوزن وتكلفة التصنيع، لكنها تُحسّن الدقة.

  
  

3. مقاييس الأداء

• دقةتتفوق أجهزة الاستشعار ذات الحلقة المغلقة على أجهزة الاستشعار ذات الحلقة المفتوحة بفضل تعويض التدفق الصفري، مما يلغي اللاخطية في عنصر هول، وانحراف درجة الحرارة، والتداخل المغناطيسي الخارجي. أما أجهزة الاستشعار ذات الحلقة المفتوحة فتعاني من أخطاء متأصلة (مثل اللاخطية في عنصر هول والتمدد الحراري للمواد).

  
  

• سرعة الاستجابةتستجيب المستشعرات ذات الحلقة المفتوحة بسرعة أكبر للتغيرات المغناطيسية السريعة (على سبيل المثال، إشارات بترددات ميغاهرتز) لعدم وجود تأخيرات في التغذية الراجعة. أما المستشعرات ذات الحلقة المغلقة، والمقيدة بالوقت اللازم لتكوين المجال المغناطيسي المعوض، فلها أوقات استجابة أبطأ (عادةً في نطاق الكيلوهرتز).

  
  

• الخطيةتتميز المستشعرات ذات الحلقة المغلقة بخطية فائقة، حيث تعمل حلقة التغذية الراجعة على تصحيح الانحرافات بشكل فعال. أما المستشعرات ذات الحلقة المفتوحة فتُظهر لا خطية أكبر، مما يحد من استخدامها في التطبيقات الدقيقة.

  
  

• ثبات درجة الحرارةتُقلل التصاميم ذات الحلقة المغلقة من تأثيرات درجة الحرارة من خلال التغذية الراجعة، مما يضمن استقرار المخرجات عبر نطاقات واسعة من درجات الحرارة. أما مخرجات المستشعرات ذات الحلقة المفتوحة فتتغير بتغير درجة الحرارة بسبب معاملات عنصر هول التي تعتمد على درجة الحرارة.

  
  

4. استجابة التردد

تتفوق أجهزة الاستشعار ذات الحلقة المفتوحة في التطبيقات عالية التردد (مثل كشف سرعة المحرك واستشعار الموقع عالي السرعة) لأن بنيتها للكشف المباشر تتجنب قيود عرض النطاق الترددي الناتجة عن حلقات التغذية الراجعة. أما أجهزة الاستشعار ذات الحلقة المغلقة، مع ما يصاحبها من تحولات طورية وتأخيرات ناتجة عن التغذية الراجعة، فهي أنسب لسيناريوهات التردد المنخفض إلى المتوسط ​​(مثل مراقبة تيار شبكة الطاقة).

5. التطبيقات المستهدفة

• حلقة مفتوحةمثالية للمهام الحساسة للتكلفة، أو عالية التكرار، أو منخفضة الدقة:

  
  

• استشعار سرعة المحرك/عدد دورات المحرك في الدقيقة (باستخدام مشفرات تأثير هول).

  
  

• الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية (على سبيل المثال، خاصية الكشف عن فتح/إغلاق غطاء الهاتف الذكي).

  
  

• استشعار التيار منخفض الطاقة (كما هو الحال في الأجهزة التي تعمل بالبطارية).

  
  

• حلقة مغلقة: مفضل للتطبيقات عالية الدقة، أو ذات الأهمية البالغة للسلامة، أو ذات الطاقة العالية:

  
  

• أنظمة إدارة بطاريات المركبات الكهربائية (سيارة كهربائية) لقياس التيار بدقة.

  
  

• محركات سيرفو صناعية (تتطلب تحكمًا دقيقًا في عزم الدوران).

  
  

• محولات الطاقة المتصلة بالشبكة وعدادات الطاقة (مراقبة التيارات الكبيرة بأقل قدر من الخطأ).

  
  

ثالثًا: الآثار العملية

يعتمد الاختيار بين الخيارين على أولويات المشروع:

• اخترحلقة مفتوحةإذا كانت التكلفة والحجم والسرعة عوامل حاسمة، وكانت الدقة المعتدلة مقبولة.

  
  

• اخترحلقة مغلقةعندما تكون الدقة والاستقرار والموثوقية لها الأولوية على قيود التكلفة وعرض النطاق الترددي.

  
  

الكلمات المفتاحية الأكثر استخدامًا في جوجل لمزيد من البحث

للبحث في اتجاهات الصناعة والموارد التقنية، ضع في اعتبارك هذه الكلمات المفتاحية:

• "مستشعر هول ذو الحلقة المغلقة مقابل مستشعر هول ذو الحلقة المفتوحة"

  
  

• مقارنة دقة مستشعر هول

  
  

• "آلية التغذية الراجعة في مستشعرات هول"

  
  

• "التطبيقات الصناعية لأجهزة استشعار هول ذات الحلقة المغلقة"

  
  

• "مستشعر هول ذو الحلقة المفتوحة - أداء عالي التردد"

  
  

في الختام، على الرغم من أن كلا نوعي المستشعرات يستخدمان تأثير هول، إلا أن اختلافاتهما المعمارية تخلق مقايضات متميزة في الدقة والسرعة والتعقيد والتكلفة - مما يحدد كيفية استخدامهما في مختلف البيئات التكنولوجية.