Qu’est-ce que l’effet Hall et comment fonctionnent les capteurs à effet Hall
Dans ce tutoriel, nous allons apprendre ce qu’est l’effet Hall et comment fonctionnent les capteurs à effet Hall. Vous pouvez regarder la vidéo suivante ou lire le tutoriel écrit ci-dessous.
L’effet Hall est la méthode la plus courante pour mesurer le 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 du vilebrequin ou de l’arbre à cames. Ils sont également souvent utilisés comme interrupteurs, boussoles MEMS, capteurs de proximité, etc. Maintenant, nous allons passer en revue certains de ces capteurs et voir comment ils fonctionnent, mais d’abord expliquons 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 réglons le courant pour qu’il circule à travers elle, les porteurs de charge circuleraient en ligne droite d’un côté à l’autre de la plaque.
Maintenant, si nous apportons un certain champ magnétique près de la plaque, nous perturberions la circulation rectiligne des porteurs de charge en raison d’une force, appelée force de Lorentz (Wikipedia). Dans un tel cas, les électrons dévieraient vers un côté de la plaque et les trous positifs vers l’autre côté de la plaque. Cela signifie que si nous plaçons maintenant un compteur entre les deux autres côtés, nous obtiendrons une certaine tension qui peut être mesurée.
Donc l’effet d’obtenir une tension mesurable, comme nous l’avons expliqué ci-dessus, est appelé 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 la plupart du temps une très petite tension de seulement quelques microvolts par Gauss, c’est pourquoi ces dispositifs sont généralement fabriqués avec des amplificateurs à haut gain intégrés.
Il existe deux types de capteurs à effet Hall, l’un fournissant une sortie analogique et l’autre 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. Ce type de capteurs est adapté et utilisé pour mesurer la proximité en raison de leur sortie linéaire continue.
En revanche, les capteurs à sortie numérique ne fournissent que deux états de sortie, soit « ON » ou « OFF ». Ce type de capteurs comporte un élément supplémentaire, comme illustré dans les schémas du circuit. Il s’agit du déclencheur de Schmitt qui fournit une hystérésis ou deux niveaux de seuil différents, de sorte que la sortie est soit élevée, soit faible. Pour plus de détails sur le fonctionnement du Trigger de Schmitt, vous pouvez consulter mon tutoriel particulier pour cela.
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 à commande numérique, ainsi que pour la détection et le positionnement dans les systèmes d’automatisation industrielle.
D’autres applications contemporaines des capteurs à effet Hall sont la mesure de la vitesse ou du régime des roues/rotors 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 rotatif.
L’espace 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 à un niveau élevé ou bas. Ainsi, la sortie du capteur est un signal carré qui peut être facilement utilisé pour calculer le RPM de l’arbre en rotation.