Capteurs - les convertisseurs d'une grandeur physique à une autre (généralement électrique) sont largement utilisés dans les équipements ménagers et industriels. Sans eux, il est très difficile, voire impossible, de mesurer, numériser et traiter des paramètres technologiques tels que la pression et le débit (gaz ou liquide), Température, niveau, intensité du champ magnétique ou électrique, etc. L'un des capteurs les plus utilisés est le capteur Hall - ils sont utilisés à la fois dans la vie quotidienne (à commencer par les smartphones ou les ordinateurs portables) et dans la technologie industrielle la plus complexe.
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Effet Hall - principe de fonctionnement
Cet effet a été découvert en 1879 par le physicien américain Edwin Hall et porte son nom.L'essence du phénomène est que si vous prenez une plaque de métal et y faites passer un courant électrique (dans la direction AB sur la figure), puis agissez sur la plaque avec un champ magnétique, par exemple, créé par un aimant permanent, puis dans le sens perpendiculaire au passage du courant (CD sur la figure ), il y aura une différence de potentiel.
Cet effet se produit en raison de la force de Lorentz agissant sur les charges en mouvement et les déplaçant dans une direction perpendiculaire à la direction du mouvement. En conséquence, une différence de potentiel apparaît aux bords de la plaque, qui peut être mesurée ou utilisée pour déclencher des actionneurs (préamplification). Cette différence dépend :
- de la force du courant circulant;
- de la force du champ magnétique;
- sur la concentration de porteurs de charge libres dans le conducteur.
Le phénomène porte le nom de son découvreur - l'effet Hall.
Types et disposition des capteurs Hall
L'effet, découvert au siècle dernier, a trouvé une application pratique. Sur cette base, des capteurs de champ magnétique sont construits. Leur avantage est qu'ils n'ont pas d'éléments mobiles et frottants (contrairement aux interrupteurs à lames), donc leur fiabilité est beaucoup plus élevée. Selon le principe de sensibilité capteurs industriels Les salles sont divisées en :
- unipolaire (réagit uniquement à un pôle magnétique - nord ou sud);
- bipolaire (s'allume lorsqu'il est exposé à un champ magnétique d'une polarité, s'éteint lorsqu'il est exposé à un champ magnétique de polarité opposée);
- omnipolaire - réagit à tous les pôles des aimants.
La différence de potentiel créée par l'action d'un champ magnétique sur des charges en mouvement est d'unités, au mieux de dizaines de microvolts. Pour une application pratique, cela ne suffit pas, la différence de potentiel doit être augmentée. Ces amplificateurs sont intégrés directement dans le corps des capteurs, et selon le type d'amplificateur, les appareils sont divisés en deux classes.
- Analogique. Dans ceux-ci, la tension à la sortie du capteur est proportionnelle au champ magnétique (elle dépend de la force de l'aimant et de sa distance). Construit sur la base d'un amplificateur opérationnel et utilisé pour mesurer les champs magnétiques.
- Numérique. Après l'installation de l'amplificateur comparateur ou gâchette de Schmitt. La tension de sortie, lorsque l'induction magnétique atteint un certain seuil, passe de zéro à un niveau élevé (généralement au niveau de la tension d'alimentation). De tels capteurs sont utilisés pour construire des relais magnétiques ou des générateurs d'impulsions. Le signal amplifié de la plaque est appliqué au dispositif de seuil. Lorsque le niveau défini est atteint, le capteur se déclenche. Le niveau de déclenchement peut être ajusté en modifiant la distance entre le capteur et la source du champ magnétique.
Application des capteurs Hall
L'application la plus courante du capteur Hall dans la vie quotidienne est les systèmes d'allumage de voiture sans contact. Leur avantage est l'absence de groupes de contact mécanique. Cela signifie pas d'usure, pas de brûlure des contacts, pas de risque de panne mécanique.
Le système de distribution comprend une plaque avec des rebords entraînés par le vilebrequin du moteur, un aimant permanent et le capteur Hall lui-même. Lorsque la plaque tourne, les saillies à un moment strictement défini, déterminé par la position du vilebrequin, tombent dans l'espace entre le capteur et l'aimant, modifiant les paramètres du champ magnétique.Le capteur génère des impulsions synchronisées avec la rotation du vilebrequin, qui régulent l'alimentation en tension de la bobine haute tension aux moments requis. De plus, des capteurs de champ magnétique dans la voiture sont utilisés pour reconnaître la position du vilebrequin.
Une autre utilisation des capteurs magnétiquement sensibles est de déterminer la position des rotors des moteurs électriques. L'élément relais est monté sur le stator du moteur et est activé au passage du pôle. Sur ce principe, vous pouvez construire un compte-tours ou un compteur de vitesse.
Les appareils construits sur l'effet Hall sont utilisés dans les ordinateurs portables ou les appareils mobiles - comme indicateur de la position fermée du couvercle. Lorsque le capteur est déclenché, l'ordinateur se met en veille ou s'éteint. Et dans les smartphones, l'une des fonctions du capteur qui répond au champ magnétique terrestre est l'organisation de la boussole électronique.
Les capteurs à effet Hall analogiques sont utilisés dans les instruments de mesure - où il est nécessaire d'évaluer le niveau du champ magnétique. Ils sont indispensables pour la mesure sans contact de l'intensité du courant dans un conducteur. Comme vous le savez, lorsque le courant traverse un conducteur, un champ magnétique se crée autour de lui. Son intensité dépend de la force du courant. Si le courant est alternatif, le champ peut être mesuré d'autres manières (par exemple, avec un transformateur de courant), mais avec un courant continu, un capteur Hall est indispensable. Les pinces ampèremétriques à courant continu fonctionnent sur ce principe.
L'application la plus exotique de l'effet Hall est la construction de moteurs-fusées ioniques sur son principe.
Comment vérifier les performances du capteur Hall
Pour vérifier le capteur, vous pouvez assembler un circuit simple, pour lequel, en plus du capteur lui-même, vous aurez besoin de:
- alimentation pour la tension souhaitée ;
- résistance avec une résistance d'environ 1 kOhm;
- Diode électro-luminescente;
- aimant.
S'il n'y a pas de LED, alors à la place (et la résistance de limitation de courant), vous pouvez utiliser un multimètre (numérique ou pointeur) en mode de mesure de tension.
Il n'y a pas d'exigences particulières pour l'alimentation - les courants dans le circuit sont très faibles. Sa tension doit être comprise dans la tension d'alimentation du capteur testé. La LED est connectée avec l'anode au plus de la source de tension, la cathode à la sortie de l'appareil testé, car le capteur est généralement réalisé avec un collecteur ouvert (mais il est préférable de le vérifier sur la fiche technique).
La procédure de test dépend du type d'appareil testé.
- Pour tester un capteur numérique unipolaire, vous devez lui apporter un aimant unipolaire. La LED doit s'allumer (la flèche du voltmètre pointeur dévie ou les lectures du testeur numérique changent brusquement). Lorsque l'aimant est retiré d'une distance considérable, le circuit doit revenir à sa position d'origine. Si le capteur ne fonctionne pas, il faut retourner l'aimant avec l'autre pôle et répéter la procédure. Si la LED clignote, le capteur fonctionne. Si le succès n'a pas été atteint dans n'importe quelle position de l'aimant, l'appareil est inutilisable.
- Un capteur numérique bipolaire est testé en utilisant une technique similaire, seule la LED s'allume à une position de l'aimant et ne s'éteint pas lorsque la source de champ magnétique est retirée. Le circuit ne doit pas réagir à d'autres manipulations avec le même pôle. Si vous retournez l'aimant et que vous l'amenez au capteur dans la polarité opposée, la LED doit s'éteindre. Cela indique la santé de l'appareil testé.Si le circuit ne fonctionne pas, le capteur est hors service.
- Un capteur Hall numérique omnipolaire est testé de la même manière qu'un capteur unipolaire, mais le dispositif magnétiquement sensible doit fonctionner dans n'importe quelle position de l'aimant.
Les capteurs analogiques sont vérifiés de la même manière que les capteurs numériques, mais la tension de sortie ne doit pas changer brusquement, mais en douceur à mesure que la force magnétique augmente (par exemple, un aimant permanent s'approche ou une augmentation du courant dans l'enroulement de l'électroaimant).
D'un point de vue pratique, la question de savoir comment vérifier le capteur Hall installé dans le système d'allumage sans contact d'une voiture est intéressante. Pour ce faire, retirez le connecteur du capteur et assemblez le circuit indiqué directement sur les broches.
Ici, vous pouvez également remplacer la LED par un multimètre. En tournant manuellement le vilebrequin de la voiture, vous pouvez observer des clignotements périodiques de la LED ou des changements de la tension de sortie de zéro à environ la tension du système électrique de la voiture. Une autre façon de vérifier dans un garage consiste à remplacer temporairement l'appareil par un capteur de rechange en bon état.
Le capteur Hall a trouvé une large application dans les équipements domestiques et industriels. Il n'est pas difficile de vérifier son état de fonctionnement s'il y a une compréhension du principe de son fonctionnement.
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