troisième partie (3/5)
: applications de l'effet Hall
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méthodes
sans contact |
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une
alim originale |
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un
grand classique |
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un
montage en pont |
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une collection d'icônes
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les principales applications de l’effet
Hall
Ci-dessous
un exemple typique de présentation de capteur analogique à effet
Hall (couvercle enlevé, doc. Honeywell).
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brochage : |
3 sortie
2 masse
1 alim |
L’effet
Hall est très facile à mettre en évidence, et sa mesure
est d’ailleurs souvent employée pour la mesure de l’un des
paramètres intervenant dans son expression.
En fait, il y a plusieurs façons d'utiliser l'élément
Hall : si un courant circule dans le capteur, on peut détecter soit le
champ magnétique, soit toute grandeur physique influençant le
champ magnétique.
En
particulier :
- pour
l’identification du type p ou n d’un semi-conducteur
- pour
la mesure de la concentration en porteurs d’un semi-conducteur
- pour
la détermination de la température en
utilisant le fait que le nombre de porteurs et la mobilité d’un
semi-conducteur évoluent avec celle-ci
- pour
la mesure des inductions magnétiques : gaussmètres, magnétomètres
- pour
la mesure sans contact de courants forts
- pour
la détection des câbles électriques cachés dans
un mur
- capteur
de position, de niveau, de déplacement
En
faisant varier le champ magnétique et
le courant qui circule dans le capteur, on peut tirer parti de la multiplication
des 2 grandeurs (mesure de puissance). D'autres applications sont possibles:
têtes à mémoire magnétique, indicateurs de rotation,
vélocimètres, convertisseurs de fréquence, ou encore isolateur.
On peut penser
que l'élément Hall jouera un rôle important pour les micromoteurs
et tous les types de capteurs associés aux nouvelles générations
de micro-ordinateurs, ainsi que dans nombre d'éléments de sécurité
dans l'automobile (cf chap_a3.htm
: capteurs pour l'automobile).
Ci-après
nous allons présenter trois exemples de mise en oeuvre de capteur à
effet Hall et de magnétorésistance pour des applications typiques.
alimentation à courant
constant
La
figure ci-dessous décrit un circuit simple d'alimentation à courant
constant pour des composants de Hall dont la géométrie est le
plus souvent en forme de croix.
Nous
avons associé des circuits de compensation à notre composant couche
mince pour éliminer les tensions parasites, dues à la dimension
finie des électrodes de prise de contact, qui apparaissent en l'absence
de champ magnétique. Ces tensions parasites sont proportionnelles à
la valeur du courant de commande.
Circuit
de compensation de la tension parasite et circuit équivalent.
Réalisation d’un wattmètre
Afin
de réaliser un wattmètre, nous avons retenu la fonction multiplicatrice
B x I de l'élément Hall. Le wattmètre à sonde de
Hall possède des performances supérieures aux wattmètres
à multiplicateur analogique pour les signaux distordus.
Sur la figure suivante nous présentons un schéma de conversion
puissance-tension à sonde de Hall.
Conversion
puissance-tension de Hall.
Plaçons la sonde dans l'entrefer d'un tore non saturé, dont le
courant de charge IL génère un champ
magnétique 
à travers le tore. Le courant de commande Ic est proportionnel
à la tension de charge vL. La tension de sortie VH
délivrée par la sonde est alors :
où, on peut éliminer le terme 
à l'aide d'un filtre passe-bas.
La puissance active VLILcos
,
qui est un signal continu, est donc recueillie en V0.
Ici, la tension parasite due au courant de commande Ic ne crée
pas d'erreur de mesure du fait que celui est alternatif.
Mise en oeuvre
d'une magnétorésistance
En
règle générale les magnétorésistances seront
intégrées dans un pont. ce qui permet
d'obtenir le meilleur résultat sachant que les résistances seront
géométriquement positionnées de telle sorte que le champ
à mesurer produise un effet inversé dans deux résistances
contigues. En outre, pour réduire les effets de dérive en continu,
on procédera à un fonctionnement alterné en switchant les
magnétorésistances alternativement via un champ intense créé
à l'aide d'un bobinage auxiliaire (set/reset). On obtient ainsi un signal
en créneau dont l'amplitude crête à crête est proportionnelle
au champ à mesurer.
