Qu'est-ce que l'effet Hall et comment fonctionnent les capteurs à effet Hall

Dans ce didacticiel, nous apprendrons ce qu'est l'effet Hall et comment fonctionnent les capteurs à effet Hall. Vous pouvez regarder la vidéo suivante ou lire le didacticiel écrit ci-dessous.

Aperçu

L'effet Hall est la méthode la plus courante de mesure du champ magnétique et les capteurs à effet Hall sont très populaires et ont de nombreuses applications contemporaines. Par exemple, on les trouve dans les véhicules comme capteurs de vitesse de roue ainsi que comme capteurs de position de vilebrequin ou d'arbre à cames. Ils sont également souvent utilisés comme interrupteurs, boussoles MEMS, capteurs de proximité, etc. Nous allons maintenant passer en revue certains de ces capteurs et voir comment ils fonctionnent, mais expliquons d'abord ce qu'est l'effet Hall.

Qu'est-ce que l'effet Hall ?

Voici l'expérience qui explique l'effet Hall :si nous avons une plaque conductrice mince, comme illustré, et que nous laissons passer le courant, les porteurs de charge circuleront en ligne droite d'un côté à l'autre de la plaque.

Maintenant, si nous amenons un champ magnétique près de la plaque, nous perturberions le flux rectiligne des porteurs de charge en raison d'une force, appelée force de Lorentz (Wikipedia). Dans un tel cas, les électrons seraient déviés d'un côté de la plaque et les trous positifs de l'autre côté de la plaque. Cela signifie que si nous mettons un mètre maintenant entre les deux autres côtés, nous obtiendrons une tension qui peut être mesurée.

Ainsi, l'effet d'obtenir une tension mesurable, comme nous l'avons expliqué ci-dessus, s'appelle l'effet Hall d'après Edwin Hall qui l'a découvert en 1879.

Capteurs à effet Hall

L'élément Hall de base des capteurs magnétiques à effet Hall fournit principalement une très petite tension de seulement quelques microvolts par Gauss. Par conséquent, ces appareils sont généralement fabriqués avec des amplificateurs à gain élevé intégrés.

Il existe deux types de capteurs à effet Hall, l'un fournissant une sortie analogique et l'autre une sortie numérique. Le capteur analogique est composé d'un régulateur de tension, d'un élément Hall et d'un amplificateur. D'après les schémas du circuit, nous pouvons voir que la sortie du capteur est analogique et proportionnelle à la sortie de l'élément Hall ou à l'intensité du champ magnétique. Ces types de capteurs conviennent et sont utilisés pour mesurer la proximité en raison de leur sortie linéaire continue.

D'autre part, les capteurs de sortie numériques ne fournissent que deux états de sortie, soit "ON" ou "OFF". Ces types de capteurs ont un élément supplémentaire, comme illustré dans les schémas de circuit. C'est le Schmitt Trigger qui fournit une hystérésis ou deux niveaux de seuil différents pour que la sortie soit haute ou basse. Pour plus de détails sur le fonctionnement du Schmitt Trigger, vous pouvez consulter mon tutoriel particulier à ce sujet.

Un exemple de ce type de capteur est le commutateur à effet Hall. Ils sont souvent utilisés comme interrupteurs de fin de course, par exemple dans les imprimantes 3D et les machines CNC, ainsi que pour la détection et le positionnement dans les systèmes d'automatisation industrielle.

D'autres applications contemporaines de ces capteurs sont la mesure de la vitesse de roue/rotor ou RPM ainsi que la détermination de la position du vilebrequin ou de l'arbre à cames dans les systèmes de moteur. Ces capteurs sont composés d'un élément Hall et d'un aimant permanent qui sont placés près d'un disque denté fixé sur l'arbre en rotation.

L'écart entre le capteur et les dents du disque est très petit, donc chaque fois qu'une dent passe près du capteur, cela modifie le champ magnétique environnant, ce qui fera passer la sortie du capteur vers le haut ou vers le bas. Ainsi, la sortie du capteur est un signal d'onde carrée qui peut être facilement utilisé pour calculer le régime de l'arbre en rotation.