Come funzionano i sensori hall?

Questa tipologia di sensori è particolarmente robusta, può lavorare in condizioni estreme (polveri, incrostazioni, alte temperature, fluidi in pressione … ) ed è in grado di sopportare ampi range di tensione di alimentazione, il che rende questi dispositivi indispensabili nell’industria dell’auto e in molte altre applicazioni.

La sua azione si basa su un interessante fenomeno (la tensione di Hall), scoperto nel 1879 dal fisico americano E. Hall, in virtù del quale se un semiconduttore, lungo il quale scorre una corrente elettrica, viene posto in un campo magnetico, apparirà una differenza di potenziale trasversale (tensione).

Dal momento della scoperta dell’effetto Hall, sono passati ben 75 anni prima che si potesse utilizzare  in applicazioni industriali.

Infatti, negli anni ’50 del secolo scorso furono inventati sottili film semiconduttori, che possedevano le proprietà desiderate tali da consentire di creare il sensore di Hall che, il linea di massima è composto da un elemento sensibile accoppiato ad un magnete, contenuto in un contenitore ermetico, che rileva la variazione del flusso di campo magnetico allorché si avvicini e si allontani un oggetto in materiale ferromagnetico.

Tali sensori possono essere analogici e digitali: i primi sono utilizzati per convertire l’induzione di un campo magnetico in tensione, mentre quelli digitali determinano la presenza o l’assenza di un campo in una determinata area.

Sia i sensori analogici che quelli digitali rilevano la differenza di potenziale trasversale che si verifica quando un campo magnetico viene applicato a un semiconduttore percorso da corrente.

Inoltre, in base alla relazione tra la tensione di Hall e la densità del flusso magnetico, si possono distinguere tra:

• sensori lineari, in cui la tensione di uscita è linearmente correlata alla densità del flusso magnetico;
• sensori di soglia, per i quali ad ogni densità di flusso magnetico, la tensione di uscita subirà una forte diminuzione.

Come funziona il sensore Hall?

Su una sottile striscia di un conduttore, quando viene applicata l’elettricità gli elettroni fluiscono in linea retta.

Ma, quando questo conduttore carico entra in contatto con un campo magnetico che è perpendicolare al movimento degli elettroni, gli elettroni vengono deviati, per cui alcuni elettroni si dispongono su di un lato  e altri sul lato opposto.

In tal modo, uno dei lati del conduttore si comporta come polo negativo mentre l’altro si comporta come polo positivo.

Questo crea una differenza di potenziale che genera la cosiddetta tensione di Hall.

Gli elettroni continuano a spostarsi da un lato all’altro del piano fino a quando non viene raggiunto l’equilibrio tra la forza applicata da un campo elettrico e la forza del flusso magnetico che ha determinato questo cambiamento.

Nel preciso istante che questa separazione si interrompe, il valore della tensione di Hall fornisce la misura della densità del flusso magnetico, in quanto la tensione di uscita è direttamente proporzionale all’ampiezza del campo magnetico.

Essendo comunque trasduttori lineari, al fine di elaborare l’uscita del sensore si  richiede anche un circuito lineare in grado di fornire una corrente di pilotaggio costante ai sensori e di amplificare anche il segnale di uscita.

Applicazioni del sensore ad effetto Hall

Il sensore Hall è ampiamente utilizzato:

•  nella produzione di tester per misurare la forza della corrente continua e alternata ad alta frequenza, che sarà proporzionale all’induzione del campo magnetico, che è provocato dalla corrente che passa attraverso il conduttore;

•  nella produzione di sistemi elettromeccanici, nei quali i sensori regolano la posizione corretta del meccanismo e/o svolgono funzioni di interruttori;

• in combinazione con il rilevamento della soglia, agiscono come interruttori che vengono utilizzati in applicazioni ad altissima tecnologia come le tastiere, i computer, gli smartphone e altro hardware digitale;

• per misurare la velocità di ruote e di alberi motore;

• per il rilevamento della presenza dei campi magnetici nelle applicazioni industriali;

• per la misurazione senza contatto della corrente CC nei trasformatori di corrente;

• per rilevare i livelli di carburante nelle automobili;

• per il rilevamento di prossimità, della velocità, delle applicazioni di rilevamento della corrente, per i tachimetri, i sistemi di frenatura antibloccaggio, i magnetometri , i motori CC, le unità disco, etc.