Cos’è l’effetto Hall e come funzionano i sensori ad effetto Hall
In questo tutorial impareremo cos’è l’effetto Hall e come funzionano i sensori ad effetto Hall. Potete guardare il seguente video o leggere il tutorial scritto qui sotto.
L’Effetto Hall è il metodo più comune per misurare il campo magnetico e i sensori ad Effetto Hall sono molto popolari e hanno molte applicazioni contemporanee. Per esempio, si possono trovare nei veicoli come sensori di velocità delle ruote e come sensori di posizione dell’albero motore o dell’albero a camme. Inoltre sono spesso usati come interruttori, bussole MEMS, sensori di prossimità e così via. Ora esamineremo alcuni di questi sensori e vedremo come funzionano, ma prima spieghiamo cos’è l’Effetto Hall.
Che cos’è l’Effetto Hall?
Ecco l’esperimento che spiega l’Effetto Hall: se abbiamo una sottile piastra conduttiva, come illustrato, e vi facciamo scorrere della corrente, i portatori di carica scorrono in linea retta da un lato all’altro della piastra.
Ora, se portiamo un campo magnetico vicino alla piastra, disturbiamo il flusso dritto dei portatori di carica a causa di una forza, chiamata Forza di Lorentz (Wikipedia). In tal caso gli elettroni devierebbero verso un lato della piastra e i fori positivi verso l’altro lato della piastra. Questo significa che se ora mettiamo un contatore tra gli altri due lati, otterremo una certa tensione che può essere misurata.
Quindi l’effetto di ottenere una tensione misurabile, come abbiamo spiegato sopra, è chiamato Effetto Hall da Edwin Hall che lo scoprì nel 1879.
Sensori ad Effetto Hall
L’elemento Hall di base dei sensori magnetici ad Effetto Hall fornisce per lo più una tensione molto piccola, solo pochi microvolt per Gauss, quindi questi dispositivi sono solitamente prodotti con amplificatori ad alto guadagno incorporati.
Ci sono due tipi di sensori ad effetto Hall, uno che fornisce un’uscita analogica e l’altro digitale. Il sensore analogico è composto da un regolatore di tensione, un elemento Hall e un amplificatore. Dallo schema del circuito possiamo vedere che l’uscita del sensore è analogica e proporzionale all’uscita dell’elemento di Hall o all’intensità del campo magnetico. Questo tipo di sensori sono adatti e utilizzati per misurare la prossimità a causa della loro uscita lineare continua.
D’altra parte, i sensori con uscita digitale forniscono solo due stati di uscita, o “ON” o “OFF”. Questo tipo di sensori ha un elemento aggiuntivo, come illustrato nello schema del circuito. Questo è lo Schmitt Trigger che fornisce l’isteresi o due diversi livelli di soglia in modo che l’uscita sia alta o bassa. Per maggiori dettagli su come funziona il trigger di Schmitt, potete controllare il mio particolare tutorial per questo.
Un esempio di questo tipo di sensore è l’interruttore a effetto Hall. Sono spesso usati come interruttori di fine corsa, per esempio nelle stampanti 3D e nelle macchine CNC, così come per il rilevamento e il posizionamento nei sistemi di automazione industriale.
Altre applicazioni contemporanee dei sensori a effetto Hall sono la misurazione della velocità della ruota/rotore o RPM così come la determinazione della posizione dell’albero a gomiti o a camme nei sistemi motore. Questi sensori sono composti da un elemento di Hall e un magnete permanente che sono posizionati vicino a un disco dentato attaccato all’albero rotante.
Lo spazio tra il sensore e i denti del disco è molto piccolo quindi ogni volta che un dente passa vicino al sensore cambia il campo magnetico circostante che causa l’uscita del sensore per andare o alto o basso. Quindi l’uscita del sensore è un segnale ad onda quadra che può essere facilmente utilizzato per calcolare il numero di giri dell’albero rotante.