Comprendre l'effet Hall et le fonctionnement des capteurs à effet Hall

Dans ce tutoriel, nous allons découvrir ce qu'est l'effet Hall et comment fonctionnent les capteurs à effet Hall. Vous pouvez visionner la vidéo ci-dessous ou lire le tutoriel écrit.

Vue d'ensemble

L'effet Hall est la méthode la plus courante pour mesurer un champ magnétique. Les capteurs à effet Hall sont très populaires et ont de nombreuses applications modernes : capteurs de vitesse de roue, de position de vilebrequin ou d'arbre à cames dans les véhicules, interrupteurs, boussoles MEMS, capteurs de proximité, etc. Nous verrons comment ils fonctionnent, mais expliquons d'abord l'effet Hall.

Qu'est-ce que l'effet Hall ?

Voici l'expérience qui l'explique : si l'on fait circuler un courant dans une fine plaque conductrice, les porteurs de charge se déplacent en ligne droite d'un côté à l'autre.

Si l'on approche un champ magnétique, le flux rectiligne est perturbé par la force de Lorentz : les électrons se dévieront vers un côté de la plaque, les trous positifs vers l'autre. En plaçant un voltmètre entre les deux autres côtés, on mesure une tension. Cet effet, découvert par Edwin Hall en 1879, porte son nom.

Capteurs à effet Hall

L'élément Hall de base ne fournit qu'une tension très faible (quelques microvolts par Gauss), ces dispositifs intègrent donc généralement des amplificateurs à haut gain.

Il existe deux types de capteurs : sortie analogique et sortie numérique.

Capteur analogique

Composé d'un régulateur de tension, d'un élément Hall et d'un amplificateur. La sortie est analogique et proportionnelle à la sortie de l'élément Hall, donc à l'intensité du champ magnétique. Leur sortie linéaire continue les rend adaptés à la mesure de proximité.

Capteur numérique

Il ne fournit que deux états : « ON » ou « OFF ». Il intègre un déclencheur de Schmitt qui fournit un hystérésis (deux seuils différents) pour une sortie soit haute, soit basse. Exemple : l'interrupteur à effet Hall, utilisé comme fin de course dans les imprimantes 3D, machines CNC, et pour la détection/positionnement en automatisation industrielle.

Mesure de vitesse et position moteur

Ces capteurs combinent un élément Hall et un aimant permanent placés près d'un disque denté sur l'arbre tournant. L'écart est très petit : chaque dent passant près du capteur modifie le champ magnétique, faisant basculer la sortie haut/bas. Le signal carré obtenu permet de calculer facilement le RPM de l'arbre.