Come funziona un interruttore a effetto Hall

L'effetto Hall è formato da una caduta di tensione attraverso un conduttore, trasversale alla corrente elettrica del conduttore così come al campo magnetico perpendicolare alla corrente. Questo causa la produzione di un campo elettrico, un effetto noto come effetto Hall, nominato dal fisico americano Edwin Hall quando lo scoprì nel 1879.

Teoria

L'effetto Hall sorge a causa di come funzionano i conduttori. La corrente elettrica è composta da molti piccoli portatori di carica come elettroni o lacune (elettroni mancanti). Quando le cariche si muovono, sperimentano una forza chiamata forza di Lorentz perpendicolare, o ad angolo retto, alla loro direzione di moto in presenza di un campo magnetico. Quando non c'è campo magnetico, le cariche si muovono in una linea approssimativamente retta da collisione a collisione.

Se un campo magnetico è applicato alla carica, il percorso preso è curvo, causando l'accumulo di cariche su una faccia del materiale in cui si muovono, lasciando pochissime cariche in movimento sul lato opposto del materiale. Questa densità di carica non uniforme stabilisce un campo elettrico che oppone ulteriore movimento di carica, causando l'accumulo di tensione man mano che la differenza tra i due lati aumenta.

Sensore Hall

Il sensore Hall usa questa configurazione teorica avendo un trasduttore che cambierà la tensione di uscita (attraverso l'effetto Hall menzionato) quando un campo magnetico è applicato. Se la forza del campo magnetico è nota, la distanza del campo dal "materiale Hall" può essere determinata, e con sensori multipli la posizione relativa alla piastra Hall in tre dimensioni può essere determinata. Se questo è combinato con un interruttore digitale on/off, il dispositivo risultante è chiamato "interruttore Hall".

A cosa serve?

Sensori e interruttori Hall sono spesso usati in industria per misurare il movimento di vari dispositivi elettromagnetici. Alcuni semplici esempi di questi sono timer per il movimento di ruote e alberi in motori e altre parti d'auto. Con motori DC brushless, la tensione del sensore piccherà due volte per ogni rivoluzione del motore, causando l'accensione e lo spegnimento dell'interruttore (o lo scambio della direzione di corrente). Questo è usato sia in servomotori che in hard disk drive.

Sonda Hall

Una sonda Hall usa l'effetto Hall per determinare la forza di un campo magnetico. Una sonda sufficientemente ben costruita può misurare accuratamente il campo magnetico terrestre. La sonda è tenuta direttamente perpendicolare alle linee di campo, e poi ruotata rapidamente così le linee passano attraverso il sensore nella direzione opposta pure. Misurando la densità di flusso e dividendo per due, la densità di flusso del campo magnetico può essere determinata. Le sonde Hall richiedono un punto di riferimento di forza di campo magnetico nota per una corretta calibrazione.

Svantaggi

Ci sono due svantaggi primari all'uso dell'effetto Hall per sensori e interruttori. Il primo e più comune di questi è che il flusso magnetico circostante influenzerà i sensori, e causerà letture false e inaccurate. In aggiunta, la tensione dall'effetto Hall è nella scala dei millivolt e non è adatta a pilotare direttamente attuatori e servomotori, e richiede un circuito basato su transistor per ottenere risultati.