Introduction
Les applications d'automatisation industrielle nécessitent souvent la détection d'objets. Il existe de nombreux types de capteurs conçus pour détecter la présence d'objets constitués de presque tous les matériaux.
Les capteurs à effet Hall sont spécialement conçus pour détecter les objets magnétiques. On les trouve souvent dans les applications de mesure de vitesse/position.
Qu'est-ce qu'un capteur de proximité à effet Hall ?
Capteurs à effet Hall appartiennent à la famille de Capteurs de proximité. Ils détectent la présence en utilisant l'amplitude du champ magnétique créé par un objet. Le principe de effet Hall est utilisé pour détecter la présence et l'intensité d'un champ magnétique.
Les capteurs à effet Hall peuvent détecter tout objet magnétique ayant la polarité correcte et une force suffisante. Cela inclut les électro-aimants et les aimants permanents comme Néodyme des aimants.
Les capteurs à effet Hall sont utilisés dans les applications de détection de position, de proximité et de vitesse. Par exemple, les automobiles modernes utilisent des capteurs à effet Hall pour calculer la vitesse du véhicule, la position du vilebrequin du moteur et la vitesse.
L'un des systèmes les plus populaires utilisant des capteurs à effet Hall est le Frein antiblocage (ABS) systèmes dans les véhicules. Dans les applications d'automatisation, les capteurs à effet Hall trouvent leurs utilisations dans contrôle moteur et même Détection de courant continu.
Comment fonctionne un capteur de proximité à effet Hall ?
Les capteurs à effet Hall sont principalement constitués d'un mince morceau de semi-conducteur rectangulaire. Le semi-conducteur est souvent constitué d'arséniure de gallium (GaAs), d'arséniure d'indium (InAs) ou d'antimoniure d'indium (InSb).
Un courant continu est autorisé à traverser ce conducteur à tout moment. Lorsqu'un aimant est placé à proximité de ce semi-conducteur mince, il perturbe le flux de courant en déviant les porteurs de charge dans le semi-conducteur.
Ce phénomène provoque la formation d'une différence de tension, perpendiculairement au passage du courant et aux bornes du semi-conducteur. Ceci est montré dans l'image ci-dessus sous forme de charges positives et négatives.
Cette tension est appelée Tension de Hall, du nom du physicien Salle Edwin Herbert qui l'a découvert. Pour générer une différence de tension mesurable, l'aimant doit être :
- Les lignes de flux magnétique doivent être perpendiculaires
- Le pôle vers le capteur doit avoir la bonne polarité. C'est souvent le pôle Sud de l'aimant.
Un capteur à effet Hall typique a le schéma fonctionnel suivant qui représente la fonctionnalité de son circuit.
Le régulateur de tension fournit une tension régulière et stable pour le capteur, l'amplificateur et d'autres composants.
Lorsqu'un objet magnétique est placé à proximité du capteur, la tension de Hall augmente. L'amplificateur amplifie cette différence pour alimenter le déclencheur de Schmitt afin de fournir une sortie nette et sans gigue.
Lorsque le signal amplifié dépasse un certain seuil, le déclencheur de schmitt est activé. Le signal du déclencheur de Schmitt active le transistor.
Le transistor fonctionne comme un dispositif de commutation de sortie, qui active ou désactive la sortie. La composante de l'étage de sortie dépend du type de sortie du capteur.
Il peut s'agir d'un transistor (NPN/PNP), d'un relais ou même du signal analogique brut qui représente la force du champ magnétique.
Quels sont les types de capteurs à effet Hall ?
Les capteurs à effet Hall peuvent être classés de plusieurs manières.
- Capteurs à effet Hall bipolaires et unipolaires
- Les capteurs bipolaires sont également connus sous le nom de types « à verrouillage ». Leurs sorties sont activées lorsqu'un champ magnétique positif (pôle sud) est présent. Pour désactiver/libérer la sortie, un champ négatif (pôle nord) doit être appliqué.
- Les capteurs unipolaires activent la sortie lorsqu'un pôle sud magnétique est présent et désactivent sa sortie lorsque l'aimant est retiré.
- Sorties numériques et analogiques
- Les capteurs de type sortie numérique émettent une sortie logique HAUT ou BAS distincte tandis que les capteurs analogiques émettent une plage de valeurs comme 0-5 V ou 4-20 mA.
Quelle est la portée d'un capteur à effet Hall ?
Les capteurs à effet Hall ont une plage de fonctionnement typique d'environ 0-40mm. Cependant, cela dépend aussi directement de la densité de flux magnétique de l'objet.
Des aimants plus puissants ont plus d'influence et peuvent déclencher le capteur à une distance relativement plus élevée. Des aimants plus faibles doivent être placés très près du capteur pour le déclencher.
Quelle est la différence entre un capteur Hall et un capteur inductif ?
La principale différence entre ces deux capteurs est la façon dont ils détectent les objets. Les capteurs de proximité inductifs génèrent leur propre champ magnétique et surveillent le changement de champ pour détecter les objets.
Cela signifie que le capteur surveille la changement dans son propre champ magnétique par des objets extérieurs.
Des capteurs à effet Hall surveillent les champs magnétiques externes. Ils nécessitent que l'objet détecté crée son propre champ magnétique. Par conséquent, les capteurs à effet Hall ne peuvent détecter que les aimants permanents et les électro-aimants.
Les capteurs de proximité inductifs peuvent détecter de nombreux types de métaux comme le fer, le cuivre et l'aluminium.
Les capteurs de proximité à effet Hall sont sensibles aux interférences magnétiques. Les capteurs de proximité inductifs sont relativement tolérants à ces interférences. Cependant, les performances des deux capteurs peuvent être affectées par des températures extrêmes et l'accumulation de copeaux.
Compte tenu de la complexité de l'installation, les capteurs inductifs sont relativement plus faciles à installer car ils peuvent utiliser une partie de la machine comme objet de détection (c'est-à-dire détection de limite).
Les capteurs à effet Hall nécessitent une fixation magnétique spéciale à fixer à la machine autre que le capteur lui-même (c'est-à-dire la détection de la vitesse des roues).
Comment utiliser un capteur à effet Hall avec Arduino
Semblable aux capteurs de proximité industriels, il en existe des versions miniatures disponibles sur le marché. Les US5881/US1881 font partie des capteurs à effet Hall les plus populaires compatibles 5V.
Cela signifie que nous pouvons facilement les intégrer à un Arduino pour détecter des objets magnétiques.
L'image ci-dessous montre le câblage typique d'un US1881 à un arduino. La résistance de 10k agit comme un résistance de traction pour fournir une entrée stable à l'Arduino lorsqu'aucun objet n'est détecté.
La broche de sortie de l'US1881 peut être connectée à n'importe quelle broche numérique de l'Arduino. Si le capteur est utilisé pour mesurer la vitesse d'une roue, l'utilisation d'une broche prenant en charge les interruptions externes peut être bénéfique.
Dans cet exemple, la sortie du capteur à effet Hall est connectée à la broche 2 de l'Arduino Uno.
| const int LEDPin = 10; const int HallPin = 2; annuler installation() { pinMode (ledPin, SORTIE); pinMode(hallPin, INPUT); } annuler boucle() { if(numériqueRead(hallPin) == LOW){ digitalWrite (ledPin, HAUT); } d'autre { digitalWrite(ledPin, BAS); } } |
Cet Arduino surveille en permanence l'état de la sortie du capteur Hall. Lorsqu'un aimant est placé près du capteur, il émet un signal logique BAS.
L'Arduino surveille cela et si le signal est FAIBLE, il allume la LED. Lorsqu'il n'y a pas d'aimant présent, la sortie du capteur à effet Hall est logiquement HAUT. En observant cela, l'Arduino éteint la LED.
Conclusion
Dans cet article, nous avons discuté de ce que sont les capteurs de proximité à effet Hall, de leur fonctionnement et de leurs applications. Les capteurs à effet Hall sont extrêmement utiles dans les applications à grande vitesse comme la détection de vitesse.
Selon l'application, il peut également exister de meilleures alternatives comme les capteurs de proximité inductifs, optiques ou capacitifs.
