Capteurs à effet Hall : Principe de fonctionnement, 5 applications importantes

Contenu:

• Introduction
• Capteurs magnétiques
• Capteurs à effet Hall
• Quelle est la tension Hall (V_H)?
• Coefficient de Hall (R_H)
• Construction de capteurs à effet Hall
• Symbole du capteur à effet Hall
• Principe de fonctionnement des capteurs à effet Hall
• Expérience d'effet Hall
• Analogique et numérique Capteur à effet Hall
• Type de capteurs à effet Hall
• Applications des capteurs à effet Hall

Capteurs magnétiques

Les capteurs magnétiques sont des dispositifs capables de détecter et d'analyser les champs magnétiques générés par aimant ou courant. Ils peuvent être utilisés pour différents types d'applications telles que pour détecter le changement de position et d'angle d'un champ magnétique, pour détecter le changement d'intensité ou de direction du champ magnétique appliqué, etc.

Il existe différents types de capteurs magnétiques comme le capteur à effet Hall (interrupteurs à effet Hall, les capteurs à effet Hall linéaires, etc.) utilisés pour détecter un changement de la force du champ magnétique, le capteur magnéto-résistif utilisé pour détecter un changement dans la direction du champ magnétique , des capteurs d'angle utilisés pour détecter un changement d'angle d'un champ magnétique, des capteurs à effet Hall 3D et des capteurs de vitesse magnétiques. Les capteurs à effet Hall sont utilisés dans une large gamme d'applications telles que le capteur de proximité, la mesure de position et de vitesse, etc. Ils sont même utilisés dans les imprimantes d'ordinateur, les vérins pneumatiques, les claviers d'ordinateurs, etc.

Les capteurs magnétiques sont généralement un appareil à semi-conducteurs qui est maintenant très demandé en raison de sa haute précision et de sa précision, de son fonctionnement sans contact, de son coût de maintenance comparativement faible, de sa conception compacte, etc. Désormais, des capteurs magnétiques sans noyau sont dédiés à différents types de des applications industrielles sont disponibles par exemple, les appareils à effet Hall scellés sont étanches et sont fabriqués de manière à résister à toute vibration également.

Les capteurs magnétiques sont largement utilisés dans les systèmes automobiles, en particulier pour analyser la position des sièges d'auto, des ceintures de sécurité et pour contrôler le système d'airbag, ainsi que pour la détection de la vitesse de rotation des roues pour le système de freinage antiblocage (ABS).

Capteurs à effet Hall

Les capteurs à effet Hall sont des capteurs magnétiques dont la sortie dépend du champ magnétique ou de la densité de flux magnétique autour du capteur magnétique.

• Le mot «Hall» vient de Dr Edwin Hall, qui a découvert cet effet Hall pour la première fois.
• S'il existe un champ magnétique externe vertical par rapport à l'objet traversé par le courant, une force électromotrice se produira dans la direction perpendiculaire au champ magnétique et au courant.

Quelle est la tension Hall (V_H)?

Si un champ magnétique externe est appliqué dans le capteur magnétique, il est activé. La tension de sortie du capteur à effet Hall est proportionnelle à la force du champ magnétique appliqué passant. Après le dépassement d'un seuil particulier de densité de flux magnétique par le champ externe, une tension de sortie est générée, communément appelée Tension Hall (V_H).

Coefficient de Hall (R_H)

La quantité de différence de potentiel par unité d'épaisseur de bande métallique dans l'effet Hall distribuée par le produit de l'intensité magnétique et de la densité de courant longitudinal.

Les unités du coefficient de Hall R_H sont en général véhiculés comme m³/ C ou Ω · cm / G.

Construction de capteurs à effet Hall:

Conception du capteur à effet Hall

Les capteurs à effet Hall sont généralement constitués d'un morceau rectangulaire de semi-conducteur tel que l'indium antimonite (InSb) ou arséniure de gallium (GaAs) connu sous le nom de sonde Hall montée sur un plaque d'aluminium et entièrement recouvert à l'intérieur de la tête de sonde. Une poignée de sonde constituée d'un matériau non magnétique est connectée à la tête de sonde de telle sorte que le plan de la plaque rectangulaire de semi-conducteur est perpendiculaire à la poignée de sonde.

Lorsque l'appareil est activé, un flux continu de courant se produit à travers le semi-conducteur. Si les lignes de champ magnétique externe sont à angle droit par rapport à la tête de sonde de sorte que les lignes de champ passent à travers les angles droits à travers le capteur de la sonde, une tension se produit, connue sous le nom de tension «à effet Hall» et l'appareil fournit une lecture de la densité de flux magnétique (B) du champ externe.

Symbole du capteur à effet Hall:

Qu'est-ce que le transducteur à effet Hall?

Principe de fonctionnement des capteurs à effet Hall

• Le capteur à effet Hall fonctionne principalement grâce à l'effet de la force de Lorentz (c'est la force subie par une particule chargée en raison d'un champ électrique ou d'un champ magnétique, c'est-à-dire simplement un électromagnétique domaine).

• En présence d'un champ magnétique externe existant de magnitude suffisante, les électrons de la dalle semi-conductrice sont déviés vers un bord de la dalle, c'est-à-dire que les trous et les électrons se déplacent de part et d'autre de la dalle en raison de la force de Lorentz agissant sur eux.

• Pour cela, un côté du semi-conducteur est chargé négativement, et le côté opposé s'avère être chargé positivement. Cela produit un gradient de tension sur les deux côtés opposés de la dalle rectangulaire en raison de l'accumulation de charges opposées sur ces deux côtés. Cette tension est connue sous le nom de tension Hall (V_H), et l'effet de la génération de cette tension Hall mesurable en utilisant un champ magnétique externe est connu sous le nom d'effet Hall.

• Pour générer une différence de potentiel telle qu'une tension mesurable est produite, les lignes de champ magnétique externe doivent être à angle droit par rapport au plan où le courant traverse la dalle. En outre, une polarité correcte doit être fournie pour que les capteurs à effet Hall fonctionnent.

• Lorsque les électrons et les trous se décalent l'un de l'autre, un gradient de potentiel est généré et la séparation augmente jusqu'à ce que la force due au champ électrique équilibre la force produite par le champ magnétique. Lorsque les deux forces s'équilibrent, le courant ne change pas et la tension de Hall qui est détectée à ce point et à partir de cette densité de flux magnétique (B) a été calculée.                       

• Si la tension de sortie dépend de manière linéaire de la densité de flux magnétique, nous l'appelons alors capteurs linéaires à effet Hall, et s'il y a une forte diminution de la tension de sortie à une densité de flux magnétique différente, elle est appelée capteur à effet Hall à seuil.

• Nous avons entendu parler de capteurs inductifs qui répondent à un champ magnétique changeant car ils induisent un courant dans une bobine de fil et génèrent donc une tension dans sa sortie. Par conséquent, les capteurs inductifs ne peuvent détecter que des champs magnétiques statiques (non changeants) tandis que les capteurs à effet Hall peuvent détecter à la fois un champ magnétique changeant et non changeant.

• Le capteur à effet Hall peut donner des informations concernant le type de pôle magnétique utilisé pour générer la tension et également l'amplitude de la densité de flux magnétique externe (B). À l'aide d'un groupe de capteurs, nous pouvons trouver la position relative de l'aimant externe utilisé.

• La tension de sortie du capteur à effet Hall est généralement d'une amplitude assez faible, comme quelques micro-volts même lorsqu'un fort champ magnétique externe est appliqué à travers le capteur. Par conséquent, la plupart des capteurs à effet Hall disponibles dans le commerce sont construits avec un amplificateur CC intégré et des régulateurs de tension pour améliorer la sensibilité du capteur et l'amplitude de la tension de sortie.

Expérience d'effet Hall

Capteur à effet Hall analogique et numérique

La sortie du capteur à effet Hall peut être linéaire (analogique) ou numérique. La sortie du capteur linéaire à effet Hall est directement proportionnelle au champ magnétique externe, c'est-à-dire la densité de flux magnétique traversant le capteur et la sortie est prise à partir de la sortie de l'OP-AMP différentiel. Les capteurs linéaires à effet Hall (analogiques) ont une sortie de tension continue qui change en fonction de la force des changements de champ magnétique externe.

Formule du capteur d'effets Hall:

La sortie du capteur linéaire à effet Hall peut être exprimée comme suit:

Où,

• V_H est la tension de Hall
• R_H est le coefficient d'effet Hall
• I est le courant traversant le capteur (dalle semi-conductrice)
• t est l'épaisseur du capteur
• B est la densité de flux magnétique externe

Dans le cas de la sortie du capteur numérique à effet Hall est tirée de la sortie de l'OPAMP, qui à son tour est connecté à un déclencheur de Schmitt avec intégré hystérèse ce qui réduit les oscillations de la tension de sortie. Dans ce cas, uniquement lorsque l'intensité du champ externe est supérieure à une valeur spécifique dans l'appareil, l'appareil passe à l'état ON à partir de l'état OFF.

Type de capteurs à effet Hall:

Selon le type de pôle magnétique externe nécessaire à leur fonctionnement, les capteurs à effet Hall sont de deux types.

1. Bipolaire
2. Unipolaire

Les deux configurations de détection les plus courantes dans un capteur à effet Hall utilisant un seul aimant sont la détection frontale et la détection latérale. En détection latérale, il est nécessaire de déplacer l'aimant dans un mouvement latéral devant la face de l'élément à effet Hall. Pendant la détection frontale, l'aimant se rapproche et s'éloigne de l'élément de hall d'une manière perpendiculaire au plan de l'élément.

Applications des capteurs à effet Hall:

• Capteur de position: Lors du fonctionnement en mode marche/arrêt, c'est-à-dire avec une sortie numérique, la détection de l'apparition de matières premières. est l'une des applications industrielles importantes des capteurs à effet Hall.
• Transformateurs DC: Le capteur à effet Hall est utilisé pour mesurer le flux magnétique CC et, par conséquent, le courant CC peut être calculé.
• Commutateur clavier: Pour certains claviers d'ordinateur, des commutateurs à effet Hall sont utilisés. Mais en raison de son coût comparativement élevé, il se limite au domaine de l'aérospatiale et du militaire pour leur grande fiabilité.
• Indicateur de niveau de carburant: Le capteur à effet Hall détecte la position d'un élément flottant à l'aide de la détection de position et est utilisé comme indicateur de niveau de carburant automobile.
• Tapis roulant électrique: Les capteurs à effet Hall sont utilisés ici pour les capteurs de vitesse et également pour l'arrêt d'urgence en cas de chute accidentelle. La ceinture de l'utilisateur dans le tapis de course est attachée à un cordon de traction qui est à son tour attaché à un aimant. Si l'utilisateur tombe accidentellement, l'aimant se détache et il y a une coupure de l'alimentation électrique qui arrête la machine.

Pour plus d'articles liés à l'électronique cliquez ici

Lisez aussi:

• Exemples de champs magnétiques
• Le champ électrique produit-il un champ magnétique
• Le kevlar est-il magnétique
• Champ magnétique vs intensité du champ magnétique
• Le champ magnétique est-il nul
• Le champ magnétique change-t-il
• L'acier au carbone est-il magnétique
• Le chrome est-il magnétique
• Qu'est-ce qui produit la force d'un champ magnétique 2
• Lignes de champ magnétique terrestre