Sensori a effetto Hall

I sensori a effetto Hall sono dispositivi che misurano l’intensità di un campo magnetico trasformandola in un segnale elettrico. Sfruttano un fenomeno fisico, l’effetto Hall, per cui in un materiale percorso da corrente e immerso in un campo magnetico compare una piccola tensione trasversale proporzionale al campo. Questo li rende ideali per rilevare la presenza e la vicinanza di un magnete o di un materiale magnetico, e per misurare grandezze che si possono ricondurre a una variazione di campo magnetico. Nella misura dei materiali, i sensori a effetto Hall sono usati per esempio per misurare lo spessore di rivestimenti su substrati magnetici e per il rilevamento di posizione e prossimità. Capire come funziona l’effetto Hall aiuta a comprendere una delle tecnologie di sensore magnetico più diffuse.

Questa pagina spiega il principio dell’effetto Hall, come diventa una misura, e a cosa servono questi sensori. È una guida per il tecnico che vuole capire la misura magnetica.

Il principio dell’effetto Hall

L’effetto Hall si manifesta in un sottile elemento conduttore o semiconduttore percorso da una corrente. Se questo elemento viene immerso in un campo magnetico perpendicolare, le cariche elettriche che formano la corrente vengono deviate lateralmente dalla forza magnetica, accumulandosi su un lato dell’elemento. Questo accumulo genera una piccola tensione trasversale, chiamata tensione di Hall, misurabile ai bordi dell’elemento. La cosa importante è che questa tensione è proporzionale all’intensità del campo magnetico: più forte è il campo, maggiore è la tensione. Misurando la tensione di Hall si ottiene quindi una misura diretta del campo magnetico presente. A differenza di altri sensori magnetici, il sensore a effetto Hall risponde al campo statico e continuo, non solo alle sue variazioni, e questo lo rende adatto a rilevare campi costanti e la presenza di magneti permanenti.

Dal campo magnetico alla misura

La proporzionalità tra tensione di Hall e campo magnetico permette di usare il sensore in molti modi. Nella misura di spessore dei rivestimenti su substrati magnetici, un piccolo magnete nella sonda è attratto dall’acciaio sottostante, e un sensore a effetto Hall misura il campo che dipende dalla distanza tra magnete e metallo: più spesso è il rivestimento, più il magnete è lontano dall’acciaio, e il sensore rileva la variazione traducendola in spessore. Nel rilevamento di posizione e prossimità, il sensore capta l’avvicinarsi di un magnete o di un elemento magnetico e segnala la sua presenza o la sua posizione. In tutti i casi il sensore fa la stessa cosa, misurare il campo magnetico locale, mentre l’applicazione decide come interpretare quella misura. La semplicità, la robustezza e il basso costo rendono i sensori a effetto Hall tra i più usati in assoluto.

Aspetto	Descrizione
Grandezza misurata	Intensità del campo magnetico
Segnale	Tensione di Hall proporzionale
Usi tipici	Spessore, posizione, prossimità

A cosa servono i sensori Hall

I sensori a effetto Hall sono impiegati in un enorme numero di applicazioni. Nella misura dei materiali servono negli spessimetri di rivestimento a base magnetica e in strumenti che rilevano elementi magnetici. Più in generale sono usati come sensori di posizione, per sapere se una parte è aperta o chiusa, presente o assente; come sensori di rotazione e velocità, contando il passaggio di denti o magneti; e come sensori di corrente, misurando il campo generato da un conduttore percorso da corrente. La loro versatilità nasce dal fatto che moltissime grandezze si possono ricondurre a una variazione di campo magnetico. Nel contesto della misura dei materiali, ciò che conta è il loro ruolo di elemento sensibile magnetico, che sta alla base di diversi strumenti di misura di spessore e di rilevamento.

• Misurano l’intensità del campo magnetico.
• Danno una tensione proporzionale al campo.
• Servono negli spessimetri a base magnetica.
• Rilevano posizione, prossimità e rotazione.
• Rispondono anche ai campi statici e costanti.

Vantaggi e affidabilità

I sensori a effetto Hall sono apprezzati per la robustezza, il basso costo, l’assenza di parti in movimento e la capacità di rilevare campi statici. Come ogni sensore, la loro accuratezza dipende dalla taratura e può essere influenzata dalla temperatura, che alcuni dispositivi compensano internamente. Negli strumenti di misura dei materiali il sensore è integrato e tarato dal costruttore, per cui l’utente si affida alla taratura complessiva dello strumento. Conoscere il principio Hall aiuta comunque a capire come funziona la sonda che si sta usando e perché certe condizioni, come campi magnetici esterni o materiali magnetici vicini, possono disturbare la misura. È una delle tecnologie di base della sensoristica magnetica moderna.

Dalla tecnologia allo strumento: cosa serve in pratica

Questo tema appartiene all’area Induzione magnetica e correnti parassite del ramo Tecnologie e principi di misura, ed è collegato all’induzione magnetica su substrati ferrosi. Per la strumentazione il riferimento è il Catalogo prodotti.

Nel catalogo gli spessimetri a base magnetica fanno capo agli spessimetri magnetici e induttivi per ferrosi e non ferrosi, nella famiglia spessimetri di rivestimento e finitura superficiale. Se ti serve uno strumento a sensore magnetico, il modulo di richiesta consente di ricevere un’indicazione mirata.