Hallelement

Anwendungsbeispiel eines Hall-Sensors

Getriebe mit Hall-Sensor

Hall-Sensor (auch Hall-Sonde oder Hallgeber, nach Edwin Hall) nutzt den Hall-Effekt zur Messung von Magnetfeldern und Strömen oder zur Lageerfassung.

Wird ein Hall-Sensor von einem Strom durchflossen und in ein senkrecht dazu verlaufendes Magnetfeld gebracht, liefert er eine Ausgangsspannung, die proportional zum Produkt aus magnetischer Feldstärke und Strom ist. Ist der Strom bekannt, kann man die magnetische Feldstärke messen; wird das Magnetfeld durch einen stromdurchflossenen Leiter oder eine Spule erzeugt, kann man potentialfrei die Stromstärke in diesem Leiter bzw. der Spule messen.

Sind Stromstärke und Magnetfeldstärke bekannt, kann der Hall-Sensor auch als Metalldetektor verwendet werden.

Ein Hall-Sensor liefert auch dann ein Signal, wenn das Magnetfeld konstant ist. Das ist der entscheidende Vorteil im Vergleich zur Paarung Magnet und Spule. Sobald der Magnet nicht bewegt wird, ist die in der Spule induzierte Spannung null. Der Magnet wird nicht erkannt.

Anwendung von Hall-Sensoren

• Magnetfeldmessung (Magnetische Flussdichte)
• Potentialfreie Strommessung (Stromsensor)
• berührungs- und kontaktlose Signalgeber
• Schichtdickenmessgeräte

In der Automobilindustrie finden Hall-Sensoren vielfältige Anwendung, z. B. im Gurtschloss, im Türschließsystem, bei der Pedalzustandserkennung, in der Getriebeschaltung oder zur Erkennung des Zündzeitpunkts. Hauptvorteil ist die Unempfindlichkeit gegen (unmagnetischen) Schmutz und Wasser.

Ferner findet man sie – in Chips integriert – im „echten“ Laserdrucker, wo sie die Synchronisierung des Spiegelmotors steuern, in Disketten-Laufwerken, sowie in bürstenlosen Motoren z. B. bei PC-Lüftern. Es gab sogar Tastaturen mit Hall-Sensoren unter jeder Taste.

Hall-Sensoren werden mit analogen Signalausgängen für sehr schwache Magnetfelder (Erdmagnetfeld), z. B. als Kompass in Navigationssystemen, eingesetzt.

Als Stromsensoren werden sie im Spalt des Eisenkernes einer vom Messstrom durchflossenen Spule oder eines Leiters eingesetzt. Solche Stromsensoren werden als komplettes Bauteil angeboten, sind sehr schnell, können im Gegensatz zu Stromwandlern auch zur Messung von Gleichströmen eingesetzt werden und bieten eine Potenzialtrennung zwischen den meist mit dem Stromnetz verbundenen Leistungskreisen und der Steuerelektronik.

Als Lageerkennungssensoren oder kontaktlose Taster arbeiten sie in Verbindung mit Dauermagneten und haben einen Schwellwertschalter integriert.

Bauformen von Hall-Sensoren

Hall-Sensoren werden aus dünnen Halbleiterplättchen hergestellt, weil in ihnen die Ladungsträger-Dichte klein und somit die Elektronen-Geschwindigkeit groß ist, um eine möglichst hohe Hall-Spannung zu erzielen. Typische Bauformen sind:

• Rechteckform
• Schmetterlingsform
• Kreuzform

Meist werden diese Hall-Elemente in Schaltkreise integriert, in denen eine Signalverstärkung und Temperaturkompensation erfolgt.

Angaben bei Hall-Sensoren

Die Empfindlichkeit wird üblicherweise in Millivolt pro Gauß (mV/G) angeben.
Dabei gilt: 1 Tesla = 10.000 Gauß (1 G = 10^-4 T).

Darüber hinaus finden auch mV/V-T, mV/A-T, mV/mA-mT etc. Verwendung. Dabei bezieht man die Versorgungs-/Testspannung bzw. -strom in die Angabe für die Sensitivität mit ein.

Literatur

• Josef Janisch: Kleiner Effekt – Große Wirkung. In: elektronik industrie. Nr. 07/2006, ISSN 0374-3144 (PDF; 0,6 MB ; Stand: 1. Mai 2007).