Caratteristiche dell’effetto Hall

18/08/2020 Off Di Rosa Fabiani

L’effetto Hall è un fenomeno fisico che viene utilizzato in alcuni sensori in modo da misurare in maniera passiva il delta di tensione prodotta su un conduttore nel quale circola un flusso di corrente elettrica quando viene attraversato da un campo magnetico. Questo fenomeno è stato spiegato dal fisico statunitense Edwin Hall, da cui hanno preso il nome la legge e i sensori costruiti a partire dall’impiego della stessa. Sulla base di tale fenomeno fisico, sono stati costruiti alcuni sensori che riescono a intercettare un campo magnetico in movimento.

Tali sensori trovano applicazione su macchine agricole e per il movimento terra dove sono utilizzati per lavorazioni speciali, di norma sono applicati su meccanismi a braccia snodate, assiali sospesi e ovunque sia necessario rilevare sforzo, posizione o oscillazioni. Sul sito www.elensrl.com è possibile vedere il largo impiego di tali sensori ed eventualmente comprare quelli di cui si necessita.

Come funziona l’effetto Hall

Quando la corrente fluisce attraverso un conduttore, gli elettroni si spostano linearmente in una direzione. Nel caso in cui il flusso appena descritto venga attraversato da quello generato da un magnete permanente, gli elettroni di quest’ultimo sono deviati sulla base della forza di Lorenz in un percorso curvo attraverso il materiale conduttore.

A seguito della deviazione degli elettroni sul percorso curvo, vi sarà una concentrazione di elettroni maggiore sul materiale attraversato dal flusso di corrente creando in questo modo una differenza potenziale misurabile. La variazione di tensione creata è dinamica e varia a seconda della posizione del magnete.

L’effetto Hall misura il rapporto delle due forze, quella di Lorentz e quella del campo elettrico. La variazione finale è data dall’allontanamento o avvicinamento dei poli del magnete al circuito elettrico.

L’intensità della tensione di Hall convogliata dal sensore è direttamente proporzionale a quella del campo magnetico che si trova nel semiconduttore. Trattandosi di una tensione in uscita piuttosto bassa, con un range di pochi microvolt, nei sensori ad effetto Hall vengono istallati degli amplificatori CC integrati, in grado di aumentare la sensibilità della tensione e di conseguenza l’efficienza del dispositivo.

Diverse tipologie di sensori Hall

Tra i sensori che utilizzano l’effetto hall possiamo distinguere fondamentalmente due tipologie: la prima che dispone di uscite lineari, anche dette analogiche, e la seconda con uscite digitali.

I sensori analogici usano una tensione continua in output che aumenta quando il campo magnetico è forte e diminuisce quando il campo è più debole. Aumentando l’intensità del campo magnetico esterno il sensore e il magnete si avvicinano, in questo modo il segnale in uscita cresce fino al raggiungimento del livello massimo impostato nell’alimentazione.

Diversamente da quelli analogici, i dispositivi con un’uscita digitale dispongono di un circuito con trigger Schmitt, che amplifica e riduce continuamente il segnale al variare della tensione. In questo modo

Se il flusso magnetico supera un determinato valore preimpostato nel sensore, il trigger Schmitt commuta da “Off” a “On” il segnale in uscita.

A seconda della posizione e del movimento del magnete frontale o laterale sul sensore si possono avere sensori che differiscono per impiego.
Nella rilevazione frontale, il campo magnetico è perpendicolare al sensore e il magnete si sposta direttamente verso il sensore stesso. Con questo principio i sensori lineari misurano la forza del campo magnetico in base al variare della distanza tra i magneti. Più il magnete è vicino, più forte è il campo magnetico e conseguentemente la tensione in output.

Con il rilevamento laterale, il magnete si sposta parallelamente alla superficie del sensore. Questo tipo di rilevamento è particolarmente utile per il conteggio di magneti rotanti o per il rilevamento della velocità del motore.

Applicazioni tecniche

L’uso di tali sensori è davvero vasto e l’applicazione va dalla rilevazione della velocità di un veicolo, alla rilevazione dei movimenti lineari o anche al rilevamento dell’allineamento delle ruote all’asse del veicolo su macchine agricole e mezzi industriali. I sensori possono essere applicati anche ai comandi manuali relativi a mezzi agricoli o professionali. Molte manopole e joystick di controllo ne fanno ampio uso con il vantaggio di usufruire di misurazioni efficienti e costanti nel tempo perché senza contatto l’usura del flusso magnetico della corrente nei trasformatori è praticamente inesistente.