Les capteurs à effet Hall deviennent essentiels avec la numérisation croissante. Ils sont largement utilisés dans de nombreuses applications, de l'automobile aux produits électroniques grand public. Le marché mondial des capteurs à effet Hall atteignait près de 2.3 milliards de dollars en 2023, et devrait connaître un TCAC supérieur à 13.5 % au cours des dix prochaines années.
La production de systèmes de transport par câble devrait connaître une forte croissance en raison de la demande croissante en véhicules électriques et en technologies d'automatisation. Ces capteurs utilisent l'effet Hall pour convertir les champs magnétiques en signaux électriques. Ces capteurs sont essentiels à la gestion des mouvements et au fonctionnement des appareils électroniques.
Il s'agit d'une compétence essentielle que tout ingénieur ou amateur devrait maîtriser, car la connaissance du brochage des capteurs à effet Hall facilite le processus d'intégration. Examinons maintenant le sujet en nous concentrant sur le brochage des capteurs à effet Hall, notamment leurs configurations et leurs rôles.
Qu'est-ce qu'un capteur à effet Hall ?
Un capteur à effet Hall est un dispositif électronique qui détourne ou mesure les champs magnétiques et les convertit en variation électrique. Ces capteurs tirent leur nom du physicien. Salle Edwin Ils ont été découverts en 1879 et sont utilisés, entre autres, dans les systèmes automobiles, les machines industrielles et l'électronique grand public. Ce que nous connaissons de notre environnement peut être mesuré et déduit sans avoir à toucher ou à être très près de l'objet mesuré. Cette caractéristique sans contact rend les capteurs à effet Hall robustes et fiables pour de nombreuses applications.
Ces capteurs développent une faible tension lorsqu'un courant électrique traverse un conducteur exposé à un champ magnétique. La tension développée est appelée tension Hall et donne une mesure de l'intensité et de la direction du champ magnétique. Ce type de capteur, communément appelé capteur à effet Hall, est essentiel à la technologie moderne car il est très utile pour les mesures.
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Comment fonctionne l’effet Hall dans la détection des champs magnétiques ?
La limitation du flux dans le matériau conducteur est appelée effet Hall. Elle se produit lorsqu'un champ magnétique traverse la substance perpendiculairement au courant électrique. Les électrons du conducteur subissent une force due au champ magnétique lorsqu'ils le traversent, ce qui les détourne de leur trajectoire rectiligne. Cette déviation entraîne une accumulation de charges d'un côté du conducteur, ce qui génère une tension.
Cette tension est produite aux bornes du capteur et dépend de l'intensité du champ magnétique. En effet, toute variation de la valeur du champ magnétique entraîne également une variation de la tension Hall. Ce principe rend les capteurs à effet Hall utiles pour détecter les champs magnétiques, qu'ils soient présents ou intenses. Ils peuvent être utilisés pour de nombreux objectifs, comme la détermination de la position des portes ou la mesure de la vitesse de rotation des corps.
Types de capteurs à effet Hall
Les capteurs à effet Hall peuvent être classés en plusieurs types en fonction de leur sortie et de leur fonctionnalité :
❖ Capteurs à effet Hall analogiques : Ces capteurs fournissent une tension de sortie continue, directement liée à l'intensité du champ magnétique. Ils sont généralement utilisés pour les applications nécessitant une grande précision de mesure, par exemple dans l'industrie automobile pour les capteurs de position du papillon des gaz ou les mesures de courant.
❖ Capteurs numériques à effet HallIl convient de noter que les capteurs numériques à effet Hall ne peuvent fournir que deux sorties distinctes : haute et basse. Ils intègrent souvent davantage de circuits, tels que des triggers de Schmitt, qui contribuent à réduire les fluctuations du signal de sortie. Ces capteurs sont couramment utilisés dans les détecteurs de proximité et la mesure de vitesse.
❖ Capteurs à effet Hall linéaires ou à verrouillage:
❖ Capteurs à effet Hall linéaires : Ces capteurs génèrent une sortie proportionnelle aux variations du champ magnétique appliqué. Ils sont particulièrement adaptés aux processus nécessitant une surveillance continue.
❖ Capteurs à effet Hall à verrouillageCes capteurs s'activent lorsqu'ils sont en contact avec un champ magnétique positif et restent allumés même après le retrait de l'aimant. Ils ne s'éteignent que si le corps est exposé à un champ magnétique négatif. Les capteurs à verrouillage sont utilisés dans des applications telles que la détection de position, où une surveillance et une mise à jour constantes de l'état sont importantes.
Broches du capteur à effet Hall et leurs fonctions
Les capteurs à effet Hall sont généralement équipés de trois broches/connexions, la plupart disposant d'une quatrième broche optionnelle. Chaque broche joue un rôle spécifique dans l'alimentation du capteur et l'envoi de signaux. Voici un aperçu de leurs fonctions :
● Broche 1 Vcc (borne positive / tension d'alimentation) : Cette broche alimente le capteur pour son fonctionnement. Elle assure l'alimentation du circuit de fonctionnement du capteur. Selon la marque et le modèle du capteur, elle active la borne positive de l'alimentation, qui peut être de 3.3 V, 5 V ou 12 V maximum.
● Broche 2 Terre (GND) : La broche de terre du connecteur USB ferme le circuit et est connectée à la borne négative de l'alimentation. Cela garantit également la mise à la terre du système, un fonctionnement stable et aucune interférence électrique ne peut perturber le fonctionnement du capteur.
● Sortie broche 3 (broche de signal) : La broche de sortie affiche les informations détectées par le capteur, notamment un champ magnétique, ainsi que son intensité. Pour le capteur analogique, c'est ici que la tension variable du champ magnétique correspondant est obtenue. Les signaux de commande appliqués à la puce sont des capteurs numériques, avec un état haut ou bas.
● Broche 4 (en option - pour les capteurs à 4 broches) : Certains capteurs sont équipés de connecteurs à quatre broches seulement. Cependant, ce connecteur ne signifie pas nécessairement que toutes les broches sont utilisées pour le placement des fils. Les capteurs à effet Hall plus récents peuvent être dotés d'une quatrième broche ajoutée au circuit pour allumer et éteindre le capteur ou indiquer à l'utilisateur son fonctionnement. En général, la fonction de cette broche peut être déterminée par presque tous les capteurs, mais consultez la fiche technique du capteur que vous utilisez.
Schéma et illustration du brochage du capteur à effet Hall
Les schémas visuels facilitent la compréhension des connexions des capteurs à effet Hall. L'utilisation d'un schéma peut être très utile pour mettre en évidence les brochages les plus courants et leurs fonctions.
● Représentation visuelle des brochages courants des capteurs à effet HallChaque broche est généralement étiquetée pour illustrer son rôle, afin d'aider les utilisateurs à comprendre certaines relations. Ces illustrations vous permettent également d'apprendre à connecter correctement le capteur en un minimum de temps.
● Exemple de schéma de circuit montrant le câblage d'un capteur à effet Hall : Un schéma de circuit simple devrait illustrer comment connecter un capteur à effet Hall à un microcontrôleur, par exemple un Arduino. Le schéma représente généralement les broches d'entrée, telles que Vcc et GND, les broches de sortie et d'autres éléments, tels que des résistances ou des condensateurs, pour une fonctionnalité optimale. Cette représentation facilite l'identification des connexions, car elle permet de visualiser clairement l'ensemble du processus de configuration.
Interaction entre la sonde à effet Hall et le capteur
Qu'est-ce qu'une sonde Hall et quel est son rapport avec le capteur ?
Une sonde à effet Hall est un dispositif capable de fournir la force et la direction du champ magnétique à mesurer. La plus simple d'entre elles est constituée d'une fine bande de matériau conducteur dans laquelle se produit l'effet Hall. Alors que le capteur à effet Hall est un composant intégré fonctionnant dans des systèmes, la sonde à effet Hall est généralement un dispositif unique utilisé pour la mesure. Ensemble, ils fonctionnent selon le même principe : générer des variations de tension pour mesurer les champs magnétiques.
Comment les sondes à effet Hall sont-elles utilisées en conjonction avec les capteurs à effet Hall ?
Les sondes à effet Hall sont largement utilisées dans les laboratoires et les structures industrielles pour évaluer le fonctionnement des capteurs à effet Hall. Elles facilitent le réglage de la sensibilité du capteur en permettant de déterminer précisément l'intensité du champ magnétique détecté. Cela garantit un fonctionnement optimal du capteur dans le domaine d'application requis. Les sondes à effet Hall sont particulièrement utiles lorsque des mesures précises de l'intensité du champ magnétique sont importantes, comme dans les travaux de recherche ou sur des machines de précision.
Câblage et connexion du capteur à effet Hall
Voici les aspects pratiques du câblage et de la connexion de ces capteurs pour des performances optimales.
Schéma de câblage de base pour les capteurs à effet Hall
Dans de nombreux cas, le câblage correct d'un capteur à effet Hall est primordial. Un schéma de câblage simple peut inclure le raccordement à l'alimentation, la mise à la terre et le raccordement du signal de sortie.
Contrairement aux capteurs à effet Hall à commutation normale, la sortie est faible (presque 0 volt) lorsqu'ils détectent un champ magnétique.
● Connexion du capteur à une alimentation électriqueUne broche Vcc permet de connecter le capteur à la borne d'alimentation, ou plus précisément à son pôle positif. La broche de masse est destinée aux bornes négatives. Cette configuration fournit la tension requise au capteur tant qu'elle est utilisée dans ce circuit.
● Connexion du signal de sortie à l'unité de traitementLa broche de sortie du capteur est reliée à un microcontrôleur ou à un processeur pour le traitement ultérieur du signal. Cette connexion permet au système de produire une réponse concernant la transformation du champ magnétique détecté par le capteur.
Comprendre le câblage des capteurs à effet Hall à 3 et 4 broches
Les capteurs à effet Hall sont de type à trois et quatre broches, dont les contraintes de câblage diffèrent à certains égards.
● Capteurs à 3 broches: Ces derniers comportent généralement une tension CC, une masse et une broche de sortie. Le câblage est simple : pour la connexion, la tension CC doit être connectée à l'alimentation, la masse doit être connectée au pôle négatif et la sortie est connectée à l'unité de traitement.
● Capteurs à 4 broches : Ces capteurs disposent souvent d'une connexion distincte, outre la tension CC et la terre, le long de la broche de sortie. Ils peuvent également être équipés d'une autre broche pour la sortie analogique ou toute autre fonction opérationnelle. Cette broche supplémentaire peut être connectée selon les besoins des applications, comme les données requises et le contrôle d'autres circuits.
Applications des capteurs à effet Hall
Les capteurs à effet Hall sont utilisés dans de nombreux domaines industriels grâce à leur grande polyvalence. Leur utilité réside dans leur capacité à détecter les champs magnétiques, qu'ils soient utilisés dans des produits courants ou dans des appareils spécifiques.
● Les applications automobilesCes types de capteurs à effet Hall sont particulièrement utilisés dans les voitures en raison de leur précision et de leur fiabilité. Ils servent également à surveiller le régime moteur, garantissant ainsi son bon fonctionnement. Ils sont également utilisés dans des applications de détection de position telles que la commande d'accélérateur, le levier de vitesses et le système de freinage antiblocage (ABS). Grâce à leur capacité à fonctionner dans des conditions extrêmes, ils excellent dans les applications automobiles.
● Applications industriellesDans les applications industrielles, les capteurs à effet Hall sont utilisés pour la mesure du courant et la surveillance des circuits électriques. Ils sont également utilisés pour la détection de proximité d'objets sur la ligne de production afin de vérifier leur présence ou leur déplacement. L'automatisation nécessite ces capteurs pour garantir la sécurité et le bon fonctionnement de tout processus.
● ElectroniqueLes capteurs à effet Hall sont largement utilisés dans l'électronique grand public. Ils équipent les smartphones et les ordinateurs portables équipés de commutateurs magnétiques, comme ceux qui indiquent la fermeture d'un écran. Ils sont également intégrés aux capteurs de rotation des montres connectées et des manettes de jeu, entre autres, pour assurer le contrôle et le retour d'information.
Conclusion
Les capteurs à effet Hall sont des éléments extrêmement flexibles, utilisables dans l'automobile, l'industrie et l'électronique grand public. Leur précision, leur durabilité et leur flexibilité en font un élément essentiel des technologies actuelles. Que l'utilisateur conçoive son système domotique ou le système de contrôle d'une usine, la connaissance des capteurs à effet Hall et de leur brochage sera un atout majeur pour son projet. Cet article aborde leurs fonctions et leurs applications afin d'exploiter pleinement leur potentiel en conception.
