Capteur de hall

Le capteur à effet Hall

est un petit élément sensible qui vous permet de suivre les modifications du champ magnétique. La découverte a déjà 100 ans, le phénomène sous-jacent au principe d'action est connu depuis 1879, mais ce n'est que depuis quelques décennies que les produits sont devenus partie intégrante des exemples de progrès technologiques.

Effet Hall

Edwin Hall a montré que, dans le sens transversal au champ magnétique, une force électromotrice est générée dans le conducteur lorsque le courant continu la traverse. En pratique, cela ressemble à l'apparition de potentiels sur les bords d'une bande de métal, lorsqu'un aimant est amené à la bande. De ce fait, il devient possible d'enregistrer le fait de s'approcher du capteur. La différence de potentiel dépend principalement de:

1. La magnitude du courant continu qui coule.
2. Intensité du champ magnétique.
3. Mobilité et concentration de porteurs de charge dans le matériau.

Jusque dans les années 1950, lorsque l’enregistreur de rayonnement à micro-ondes a été créé, l’effet Hall n’était pas appliqué en dehors des laboratoires. Dans la nage de masse lancée par les fabricants de claviers d’ordinateur, l’intérêt s’est avéré intéressant de trouver un moyen sans contact d’enregistrer la position des touches et l’a trouvé en 1968.Le capteur à l'état solide, inventé en 1965 par Joe Mopin et Everett Wortman, a considérablement amélioré les caractéristiques de l'équipement. Aujourd'hui, le secteur a de plus en plus besoin de capteurs à effet Hall. On estime que les cinq plus grandes entreprises de fabrication génèrent un chiffre d'affaires de 2 milliards de dollars.

Aujourd'hui, les capteurs à effet Hall utilisent cette fonction: ils sont presque éternels et ne contiennent ni pièces en mouvement ni frottements. Au clavier, ce n’est pas l’élément sensible qui se casse, mais le contrôleur. Certains virus peuvent reprogrammer une puce et infecter un ordinateur. .. via un clavier USB.En passant, les services secrets ont longtemps adopté une méthode d’espionnage, mais il n’existe tout simplement aucune protection efficace contre la vulnérabilité.

L'effet Hall se manifeste dans le conducteur: plus la concentration de porteurs est élevée, plus la concentration en porteurs est faible et plus la mobilité est grande. Les métaux( sur la base desquels le phénomène a été démontré pour la première fois) ne sont pas considérés comme un matériau idéal pour la création de capteurs. Les semi-conducteurs conviennent beaucoup mieux à cette fin. Dans le même temps, cela réduit considérablement les coûts et augmente l'unification de la production de masse.

Voyons comment fonctionne le capteur de Hall. Imaginez une bande semi-conductrice le long de laquelle coule le courant continu. En l'absence de perturbations externes, un champ électrique est créé à l'intérieur, ce qui met en mouvement les porteurs de charge. Supposons maintenant que les lignes d'un champ magnétique constant apparaissent perpendiculairement à la surface de la bande. La force émergente de Lorentz sera la règle de la main gauche pour agir sur le processus. Rappelez-vous que la direction est déterminée comme suit: «Si vous placez votre main gauche de manière à ce que les lignes du champ magnétique soient perpendiculaires à votre paume et que vos doigts étendus regardent dans la direction du mouvement de la charge( en physique - particules chargées positivement, pas électrons négatifs), le pouce se pliera à 90 degrés.pointera dans la direction de l'action de la force de Lorentz ".

Il n'y a pas de devinette dans l'effet Hall. La formule de Lorentz a été proposée une bonne douzaine d’années plus tard - en 1892 - avant que l’on découvre qu’une plaque d’or forme une différence potentielle aux extrémités lorsque le courant continu circule. L'influence du champ magnétique sur les conducteurs en 1831 a été clairement exprimée par Michael Faraday, grâce à un admirateur secret dont le monde a appris l'existence des générateurs et des moteurs. On ignore encore qui a inventé le premier moteur à courant continu. Lorsque renversé en cours d'exécution générateur.

Hall Effect a ouvert ses portes en 1879 à la base de l’Université Johns Hopkins de Baltimore. Edwin a essayé de tester la théorie de Kelvin, énoncée trente ans plus tôt, travaillait activement à l'étude de l'effet d'un champ magnétique sur une plaque en or. Le scientifique a introduit un coefficient montrant l’effet produit en fonction du produit du champ magnétique appliqué et du courant qui coule.Évidemment, la valeur dépend des propriétés du matériau. Le moment a déjà été discuté.Effet Hall

des capteurs à effet Hall Les experts

soulignent les avantages suivants des capteurs à effet Hall:

1. Longue durée de vie( pour le clavier - 30 milliards de clics).
2. Manque de pièces mobiles( électronique à semi-conducteurs), ce qui simplifie clairement la conception avec des exigences élevées en matière de vibrations et de chocs.
3. Possibilité de travailler à des fréquences de changement du champ magnétique jusqu'à 100 kHz.
4. Combinaison simple avec les niveaux logiques des signaux de technologie numérique.
5. Large plage de températures de fonctionnement( de moins 40 à plus 150 degrés Celsius).
6. Haute répétabilité de mesure, ce qui facilite le tarage des instruments basés sur des capteurs à effet Hall. Capteurs Hall

Conception

Pendant le fonctionnement, les matériaux semi-conducteurs traditionnels - arséniures de gallium et d'indium - se sont parfaitement manifestés. En règle générale, le capteur de Hall est une petite plaque sur laquelle se trouvent des électrodes appariées sur les faces opposées. Alimentation large et située sur le côté du rectangle. Où le signal est pris - le point le plus simple. Dans tout schéma, un point commun est marqué( fil neutre, neutre), la somme des contacts est égale à trois. Les lignes négatives sont combinées. Les experts

notent que même en l'absence de champ magnétique sur les électrodes, il existe généralement un petit signal. Ce n'est pas dû à l'influence de notre planète, comme le penseront les lecteurs. Le potentiel le long du bord latéral de la plaque est inégalement réparti. Et il n'est pas toujours conseillé d'identifier des points équivalents. Il est plus facile de tarer les composants électroniques couplés au capteur ou de se laisser guider par des impulsions ponctuelles, ce qui se fait souvent dans la pratique. Les amplificateurs différentiels sont souvent utilisés pour la correction( seul un changement de signal est émis).

L'épaisseur du film conducteur est généralement faible, atteignant à peine 10 microns. Pour le dépôt sur un substrat en utilisant la méthode de la lithographie. Cela vous permet de créer des capteurs à effet Hall avec une petite zone sensible, ce qui augmente considérablement et souvent la précision des mesures, car la surface est petite. Dans les instruments, cela permet d’évaluer la position de parties de mécanismes. Cependant, les capteurs de petite taille détectent une réponse relativement basse, mesurée en W / T( la puissance de sortie du signal utile dépendant de la tension du champ magnétique).Pour les capteurs à effet Hall série, le paramètre est généralement compris entre 0,03 et 1.

En pratique, cela ressemble à un générateur d'impulsions. Supposons qu'il y a un certain nombre d'aimants sur l'arbre moteur d'une machine à laver, avec un tour un certain nombre de pics sont produits. Ainsi, le remplissage électronique évalue la vitesse de rotation, la position angulaire du rotor, qui est utilisée par exemple dans les moteurs à soupapes( avec commutation électronique des enroulements).

Retirons-nous et expliquons pourquoi le petit capteur de Hall a une réponse faible. L'amplitude des impulsions générées dépend du courant continu qui coule, mais elle ne peut être grande, sinon le film conducteur( ayant une résistance suffisamment grande) surchauffera et brûlera. Par conséquent, les valeurs valides( en ampères) vont de 5 à 50 mA.

Application des capteurs à effet Hall

Les capteurs à effet Hall

1. sont largement utilisés dans les appareils ménagers. Les machines à laver en sont un exemple éloquent. Les utilisateurs brisent leur esprit, comme dans les modèles avancés, le linge est pesé.Le réseau contient des brevets dans lesquels il est proposé de résoudre le problème de front en utilisant des ressorts ou des jauges de contrainte. De tels dispositifs ne sont pas capables d'une grande fiabilité, au risque d'être constamment soumis à des déformations. De plus, quelques briques sont suspendues au réservoir, ce qui signifie que le poids total de la structure est important, ce qui impose des restrictions. En pratique, dans les machines à laver, le linge est d’abord humidifié abondamment, puis la masse totale est estimée par la vitesse d’accélération du tambour. C'est la pesée du linge qui détermine en outre le programme de travail de l'équipement, la consommation de poudre, d'eau, de rinçage.
2. Dans les claviers d'ordinateur, les capteurs à effet Hall sont entrés en production de masse. Il y a généralement un élément sensible sur le substrat, un aimant est monté sur la clé.Il est clair qu'il n'y a plus de ressorts à l'intérieur du clavier moderne et que la force élastique est créée par des polymères à durée de vie élevée. La solution est extrêmement efficace: ce n'est pas le capteur qui tombe en panne et la pièce mécanique qui n'est pas élastique, le contrôleur tombe en panne.
3. Le capteur à effet Hall peut être utilisé pour mesurer le courant( comme dans les pinces de courant).L'appareil peut réagir aux changements du champ électromagnétique entourant le fil. Un soi-disant enroulement d'excitation( inductance du fil de cuivre) est créé.Le courant mesuré est fourni aux prises: il en résulte une onde électromagnétique, une partie est estimée par le capteur de Hall. La réponse dépend directement de la valeur mesurée. Le calcul est effectué selon les formules définies, par exemple, dans le contrôleur. Pour plus de précision, l'instrument est calibré par le fabricant. Et les avantages mentionnés ci-dessus demeurent, tout d’abord, l’absence de pièces mobiles. De même, avec l'aide de capteurs à effet Hall, il devient possible de mesurer la puissance.
   

   L'application du capteur

4. La conversion de tension continue en tension alternative est considérée comme un exemple de création d'un générateur. Si le capteur de Hall est dans un champ magnétique alternatif, la tension à la sortie répète la forme. L'efficacité de l'appareil n'a pas une valeur élevée. Mais la conception étant simplifiée au maximum, il devient possible de transférer directement la forme du champ magnétique au courant électrique.
5. En relation avec les faits décrits ci-dessus, nous notons que les capteurs à effet Hall permettent de contrôler le débit et la charge complète des batteries( en mesurant le courant et en l'intégrant dans le temps).Cela provoque la possibilité de leur application large. Par exemple, dans les téléphones cellulaires( jusqu'à 37% du marché).Mais les experts estiment que l’orientation la plus prometteuse est le segment des véhicules électriques, où la question de la disponibilité de l’énergie sera cruciale.
6. En raison de la présence du champ magnétique terrestre, il devient possible de créer des compas basés sur des capteurs à effet Hall. Le seul problème est que la valeur de Tl est inégale sur la surface des continents et des continents, et la saisie de méthodes de correction est nécessaire. En raison de cet effet, les systèmes automatiques de stabilisation d'image pour les caméras vidéo d'appareils mobiles fonctionnent parfois.
7. On en sait peu, mais l'industrie automobile représente 52% du rendement de la sortie des capteurs à effet Hall. Dans cette industrie, il est nécessaire de mesurer la vitesse de rotation des roues, du vilebrequin et de l'arbre à cames. Les lecteurs ont déjà deviné que le capteur à effet Hall aiderait à déterminer la position du papillon des gaz, la direction. Le marché de l'automobile est devenu le principal moteur de l'amélioration continue des appareils. Certains systèmes sont considérés comme la norme de facto( ASIC, ASSP, ESC / ESP, etc.) sur le rugissement, et les capteurs de Hall y sont activement impliqués.