Experimente zum Hall-Effekt

[buedes]

Hallo Experimentierkasten- Freunde!

Wie man zur Zeit feststellen kann, sind Sensoren und andere Anwendungen auf der Basis des Hall-Effektes in der Technik "im Kommen". Deshalb habe ich mir vorgenommen, mich einmal etwas intensiver mit dem dahinter stehenden Phänomen und dessen Einsatzmöglichkeiten zu beschäftigen - soweit mir das mit meinen beschränkten Voraussetzungen möglich ist. Ich blicke da neidvoll auf die wissenschaftlichen Experimente unseres Freundes Hans-Günter hier im Forum.

Zugleich bietet es sich damit an, die diesbezüglichen Möglichkeiten der verschiedenen Experimentierkästen praktisch miteinander zu vergleichen.

Zunächst gilt es erst einmal, solche Versuchsbeschreibungen zum Thema bei den verschiedenen Kästen und in den Anleitungsbüchern ausfindig zu machen. Und hier bin ich auf eure Hilfe angewiesen. Wenn also jemand über solche Schaltungen bei seinen Kästen gestolpert ist, bitte die Fundstelle hier posten - danke!

Gruß, Horst

[JuergenK]

Hallo Horst,

hier gibt es Möglichkeiten mit alten KOSMOS-Kästen. Sie sind nicht mehr im Lieferprogramm, aber gebraucht von Fall zu Fall z.B. bei ebay erhältlich:

Der KOSMOS High-Tech Ergänzungskasten von 1987, hier bei uns vorgestellt, erlaubt einige Versuche mit dem im Kasten enthaltenen Hall-IC vom Typ 3103C.

Aus der Anleitung (anklicken):





Auch der KOSMOS HiTec aus 1994, hier bei uns vorgestellt, beinhaltet Versuche mit dem 3103C *-Hallsensor. Das Problem: Die Anzeige erfolgt per Interface auf einem PC. Glücklich sei, wer es heutzutage geschafft hat, seinen Rechner so zu konfigurieren, dass die Anzeige funktioniert, siehe hier; bei mir hat es jedenfalls nicht geklappt. Gegebenenfalls lässt sich die Anzeige aber auch anders, z.B. per Oszilloskop, realisieren.

Hier aus der HiTec-Anleitung (anklicken):





JuergenK


* wie weiter unten im thread beschrieben, sind die Hall-Sensoren aus HighTech und aus HiTec unterschiedlich: letzterer beinhaltet kein 3103C sondern ein Hall-IC UGN3503U

Mit freundlicher Genehmigung der Franckh-Kosmos Verlags-GmbH & Co. KG http://www.kosmos.de

[wolfgang]

Hallo Horst,

von Franzis gibt es das Lernpaket Sensortechnik, z. B. hier: http://www.conrad.de/ce/de/product/1912 ... sortechnik

Es enthält ebenfalls einen Hallsensor mit den entsprechende Versuchen.

Gruß
Wolfgang

[buedes]

Hallo Jürgen,

danke für deine schnelle Recherche!
Danach erlauben beide Kästen nach einer kurzen Einführung in das Thema Versuche zur Magnetpolbestimmung, Magnetschalter und Magnetwaage. Mit dem HiTec kann man sich darüber hinaus noch mit einem Abstandswarner, einem magnetischen Gaspedal und mit der Drehzahlmessung beschäftigen.

Da du ja offenbar auch im Besitz der "Hardware" bist, habe ich noch zwei Fragen:
1. Wie du schreibst, wird im Hightech ein 3103C- Hallsensor verwendet. Ist der auch beim HiTec dabei?

2. Beim Hightech wird ein AMP-Modul verwendet, das offenbar 2x9V benötigt, Wenn das der Baustein aus dem XN2000 ist, dann enthält der einen TBA820M. Das Modul habe ich da.
Die Schaltungen im HiTec hingegen benötigen alle nur 1x9V. Wird da ein anderer IC eingesetzt?

Gruß, Horst

[buedes]

Hallo Wolfgang,

das Franzis- Lernpaket "Sensortechnik" scheint allenthalben ausgelaufen zu sein. Ich wollte es mir auch gar nicht kaufen.
Wenn du im Besitz der Anleitung bist, würde mich aber interessieren, inwieweit da Experimente zum Hall-Effekt vertreten sind und welches Bauteil eingesetzt wird.

Gruß, Horst

[JuergenK]

Hallo Horst,

die Platinen der Hall-Sensoren von HiTec und High-Tech sind identisch - und vielleicht ja auch noch beim KOSMOS-Ersatzteilservice erhältlich (?). Auch die Verstärker-Module von XN2000/3000 und HiTec sind gleich (TBA820M).

JuergenK

edit. Siehe weiter unten im thread: die Sensoren sind verschieden: 3103C beim HighTech, UGN3503U beim Hitec.

[wolfgang]

Hallo Horst,

im Franzis Lernpaket Sensortechnik als Hallsensor der CYL49E verwendet.

Der Sensor hat folgende Daten:

Maximale Versorgungsspannung = 9V
Stromaufnahme <= 8mA
Maximale Ausgangsspannung >= 4,2V
Minimale Ausgangsspannung <= 1,0V
Ausgangsspannung ohne Magnetfeld (2,5 +/- 0,1)V
Empfindlichkeit 15 - 20 mV/mT
Temperaturbereich -40 bis +85°C


Folgende Versuche werden durchgeführt:

Die Magnetfeldorgel: Tonfrequenzmodulation mit einem Hall-Sensor
Der flüchtende Lichtpunkt
Die Erfassung langsamer Schwingungen
Künstlicher Horizont
Präzisionswaage mit Hall-Sensor
Magnetisches Schloss
Schlüsseltechnologie für den Airbag - Prinzip eines Aufprallsensors


Gruß
Wolfgang

[buedes]

Hallo Wolfgang,

danke für diese Informationen!

Ich habe v.d.H. auch noch eine Anfrage an den Kosmos- Service am Laufen. Vielleicht gibt es den Baustein ja dort noch als Ersatzteil. Das wäre für mich am einfachsten, weil ich dann dazu schon passende Schaltpläne vorliegen hätte.

Gruß, Horst

[buedes]

Hi

Es hat zwar etwas länger gedauert, aber nun wurde mir doch noch von Kosmos (Frau Gscheidle) mitgeteilt, dass der Hallsensor für 8,00€ + 4,95€ Porto lieferbar ist.
Ich habe dann mal bestellt.

Gruß, Horst

[buedes]

Hallo Experimenter!

Im Moment bin ich hier an einem Punkt angelangt, wo ich nicht mehr weiterkomme. Dabei geht es darum, den Hall-Baustein zum Leben zu erwecken, was mir nicht gelingen will:

Aufgebaut habe ich diese simple Schaltung aus der Anleitung zu KOSMOS HiTec, S.136.
und an 9V angeschlossen. Der Sensor liefert mir nun permanent die gleiche Ausgangsspannung egal ob der Magnet davorgehalten wird oder nicht. Auch eine Polumkehr des Magneten verändert nichts.
Zunächst glaubte ich an einen Defekt der Hall-Sonde und beschaffte mir deshalb einige vergleichbare Sensoren A1302 mit einer Eingangsspannung von 5V. NachdieserAnleitung aus dem Internet sollten sie funktionieren. Aber auch damit bekam ich kein Ergebnis. Es ist zum Verzweifeln. Nachdem ich in letzter Zeit schon mal öfters auf dem Schlauch gestanden habe, könnte es sein, dass ich auch hier was übersehe.

Gruß, Horst

[JuergenK]

Hallo Horst,

Die interne Beschaltung des bread-boards kenne ich zwar nicht. Laut Foto scheint der Elko aber zwischen dem Widerstand und Plus statt an Minus zu liegen? Und ist das Sensor-Modul überhaupt an Minus angeschlossen?

JuergenK

[buedes]

Hallo Jürgen,

...ich wollte ja nur mal testen, ob du auch genau hinschaust...

Nein, den Versuch hatte ich vorher schon einige Male neu aufgebaut und ausgerechnet fürs Foto hier 2 Fehler gemacht.
Aber auch nach der Berichtigung erhalte ich kein Ergebnis.

Gruß, Horst

[hammady]

hi

Es kann sein das Du nicht die richtige Fläche mit dem Magneten berührt hast, denn es gibt Hallsensoren die nur auf einer Flächer aktiv sind.

LG ANDY

[hammady]

hi

Also ICh habe die Schaltung gerade aufgebaut und sie Funktioniert nur das ich bei 9Volt eingangsspannung 4,77V am Ausgang habe
Wenn ich jetzt den Magneten wie bei Dir im Bild annähere ändert sich der Spannungswert nur Um 0,3 Volt auf 4,74Volt.
Wenn ich mit einen MAgnetpol aber auf die beschriftete Fläche zeige BZW annähere ändert sich der Wert auf 3,89Volt.
Als magneten habe ich einen 5KG NEODYMmagneten.

Also ist der Sensor auch Flächengebunden.

Ach ja im Zweiten Bild ist zwar der Kondensator richtig aber dafür hat der Widerstand keine Verbindung zum Sensor
Darum hast Du auch gute 7 Volt anliegen da der Spannungsteiler nicht Funktioniert.



LG ANDY

[buedes]

Hallo Andy,

das täuscht auf dem Bild, der Widerstand ist schon richtig angeschlossen.

Deine Versuchsergebnisse zeigen mir, dass ich bei meinen Messungen bisher von falschen Prämissen ausgegangen bin:

1. Ich hatte Spannungsänderungen im Voltbereich erwartet. Tatsächlich liegen diese aber nur im Millivoltbereich und man muss schon sehr genau hinschauen. Bei 5 V Ausgangsspannung ohne Magnet erhalte ich mit Magnet 4,42V und mit dem anderen Pol 4,84. Die Änderung um 0,42V deckt sich dann ungefähr auch mit deinem Ergebnis.

2. Die (magere) Spannungsänderung ergibt sich aber nur, wenn der Magnet aufgesetzt wird. Das hatte ich bisher vermieden.

Vielen Dank Andy, mit deinem Versuchs-Nachbau hast du mir - der Vergleichsmöglichkeit wegen - sehr gut weitergeholfen!

Gruß, Horst

[buedes]

Nun habe ich auch die als Ersatztypen beschafften A1302 zum Funktionieren gebracht.

Bei gleicher Schaltung wie oben an 9V erhalte ich ein Output von 1,47V bis 4,2V, also eine Differenz von 2,73V ! Damit scheint dieser Typ noch wesentlich empfindlicher zu sein als das Kosmos-Original-Modul.

Gruß, Horst

P.S.
Der Sinn des Elkos in dieser Schaltung ist mir nicht einsichtig. Denn auch ohne diesen erscheinen die gleichen Werte.

[JuergenK]

Den Versuch mir dem KOSMOS-Sensor habe ich soeben auch einmal zusammengesteckt: die Versorgungsspannung des ICs (hinter dem Widerstand zur 9-V-Batterie) liegt bei 4,90 V. Am Ausgang des Sensors stellen sich zunächst 2,47 V ein. Bei Berührung der Pole des Stabmagneten aus dem alten KOSMOS Elektromann ergeben sich - je nach Polarität - ca. 1,64 V bzw. 3,24 V. Also immerhin deutlich mehr als bei den vorgenannten Versuchen mit dem KOSMOS-Sensor! Bei Verwendung eines schwächeren Magneten ist die Abweichung entsprechend kleiner. Leider habe ich im Moment keinen stärkeren Magneten greifbar...

JuergenK

[JuergenK]

Der im vorigen Beitrag genutzte Hall-Sensor stammte aus meinem HiTec. Nun habe ich den Versuch noch einmal unternommen, jetzt aber mit dem IC aus dem älteren HighTech-Kasten.

Das Ergebnis ist verblüffend:

Nutze ich den bisherigen Schaltungsaufbau, habe ich 6,62 V als Versorgungsspannung. Am Ausgang stellen sich 4,95 V ein. Mit dem Elektromann-Magnet reduzieren sich die Spannungen je nach Polarität auf 4,50 V und 4,89 V (!).

Nun habe ich die Schaltung entsprechend dem HighTech-Plan umgebaut (also 18 V Batteriespannung und 820 Ohm-Vorwiderstand am Sensor). Folge:

Versorgungsspannung am Sensor beträgt 12,75 V, die Ausgangsspannung beträgt 6,03 V. Bei Kontakt des Sensors mit dem Magnet stellen sich, je nach Polarität, nun 4,68 V bzw. 7,34 V ein.

Augenscheinlich hat KOSMOS die Hall-Platinen mit verschiedenen Sensoren (? Für 12 V bzw. für 5 V) bestückt. Das IC von Horst wäre dann vermutlich der HighTech-Typ, der eine höhere Versorgungsspannung benötigt. Die damaligen Bestell-Nummern für den Sensor lauteten übrigens: 60-4316.6 (HighTech) und 043167 (HiTec).

JuergenK

[buedes]

Hallo Jürgen,

das ist in der Tat ein verblüffendes Ergebnis, weil wir ja davon ausgegangen sind, dass die Module gleich sind.

Haben die auf dem Modul verbauten ICs denn auch verschiedene Bezeichnungen? Bei meinem steht drauf: TAIWAN, 3103I, TI8727.

Gruß, Horst

[JuergenK]

Hallo Horst,

mein HighTech-Sensor ist gestempelt mit TAIWAN 3103C TI8642. Zum TL3103I bzw. TL3103C habe ich ein Datenblatt gefunden: http://pdf.datasheetarchive.com/indexerfiles/Scans-067/DSA2IH00212152.pdf Also: typische Versorgungsspannung = 12 V.

Mein HiTec-IC ist ein UGN3503U (den Aufdruck habe ich erst jetzt gesehen: er befindet sich auf der auf der Platine aufliegenden Seite des Sensors). Hier ebenfalls ein Datenblatt: http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/allegromicrosystems/3503.pdf Versorgungsspannung also, wie bereits vermutet, 4,5V - 6V.

Damit ist nun klar, dass es sich um verschiedene Sensoren handelt.

JuergenK

[hammady]

hi

Meiner ist der 3103C TI8714 Taiwan und Stammt aus dem XN3000
Den kasten kann ich aber nicht genau Bestimmen denn ich habe 5 Kosmoskästen gemischt bekommen.
Könnte auch aus dem Hightech stammen.

LG ANDY

[buedes]

Das Hall-Modul mit dem 3103 habe ich jetzt mal wie im Datenblatt vorgesehen direkt an 12V gehängt. Bei dem Test mit meinem Selbstbaumagneten auf Neodym-Basis von <hier>konnte ich am Ausgang so eine Spannungsdifferenz von 5 Volt ausmachen.

Also...so langsam lerne ich - dank der Unterstützung hier im Forum - damit umzugehen!

Gruß, Horst

[buedes]

Hallo,

unter Verwendung eines A1302 habe ich jetzt mal ein "praxistaugliches" Messgerät zusammengelötet:

Da dieser Hallsensor mit 5V Eingangsspannung arbeitet, musste ich ihn über einen Festspannungsregler an 9V betreiben. Mit meinem kleinen Test-Magneten liefert er eine Spannungsspreizung von ca. 2 Volt.

Der Apparat soll mir dazu dienen, die Wirksamkeit meines Magnet-Auffrischers zu testen und zu optimieren.

Gruß, Horst