Arată ca o cutie minusculă, șoferul de obicei habar nu are că folosește acest dispozitiv zilnic, deși mașina lui nici nu ar porni fără el. Un lucru mic care a făcut multe funcții disponibile și mai simple în multe domenii ale vieții tehnice din lume. Un senzor Hall este de obicei genul de dispozitiv pe care rar observați că există, cu excepția cazului în care nu funcționează.
În acest articol, vă vom arăta cum este când funcționează.

Descoperire. O scurtă prezentare istorică
Între 1861 și 1862, James Clerk Maxwell a venit cu un studiu care a revoluționat teoriile electromagnetismului. Acesta a fost despre liniile fizice de forță, care a fost publicat în patru părți. Deși nu exista o bază matematică solidă pentru demonstrație la acea vreme, astăzi o vedem în continuare ca fiind teoria modernă a electromagnetismului.
În timp ce Maxwell lucra la teoria matematicii, un număr de oameni de știință o studiau. De exemplu, o întrebare importantă a fost interacțiunea dintre magneți și curentul electric și relația dintre conductori și câmpurile magnetice.
În 1879, acest efect a fost investigat de Edwin Hall când a descoperit efectul Hall, ulterior numit după el, în timp ce lucra la teza de doctorat la Universitatea Johns Hopkins din Baltimore.

Fenomenul
Conform definiției, efectul este următorul: dacă un curent circulă într-un conductor sau într-un semiconductor și acesta este plasat într-un câmp magnetic, așa-numita forță Lorentz afectează particulele purtătoare de curent (în cazul metalelor, aceștia sunt electronii), ceea ce înseamnă că va exista o diferență de potențial pe ambele părți ale conductorului. Această tensiune se numește tensiune Hall.
Tensiunea Hall este suficient de mare pentru a neutraliza forța Lorentz menționată asupra particulelor încărcate:
UH = - (I ∙ B) / (q ∙ n ∙ d)
Unde:

•  UH – Tensiune Hall
•  I – curent
•  B – inducţia magnetică
•  q – sarcina fundamentală
•  n – concentraţia particulelor încărcate
• d – grosimea conductorului paralel cu B

Dacă vrem să descriem fenomenul simplu, atunci esența efectului Hall este că, dacă un curent este trecut într-un material conducător sau semiconductor și un câmp magnetic este plasat perpendicular pe direcția curentului, atunci electronii care trec sunt deviați într-o direcție. Această abatere este determinată împreună de direcția câmpului magnetic și a curentului care trece.
Tensiunea Hall menționată provine din faptul că există mai mulți electroni pe o parte a materialului și mai puțini pe cealaltă, astfel încât între cele două părți se dezvoltă o diferență de potențial.
În ceea ce privește modul de funcționare, putem găsi mai multe versiuni în dispozitive:

• Linear: Tensiunea de ieșire variază în funcție de intensitatea câmpului magnetic
• Ieșire semnal logic:
  o Unipolar: Menține semnalul de ieșire continuu atunci când intensitatea câmpului magnetic atinge un anumit nivel
  o Bipolar: Se aprinde când un pol este aproape și se oprește când celălalt este aproape
  o Omnipolar: La proximitate, se pornește indiferent de direcția de magnetizare
  Cercetarea teoretică asupra efectului Hall este foarte diversă, așa că nu o vom discuta în detaliu.

Magneți care se rotesc pe un disc în fața senzorului Hall (Sursă: www.wikipedia.org)

Implementări practice
Cele enumerate mai sus sunt cele mai comune forme de senzori pentru transmițătoarele Hall. Poate că cei mai populari dintre aceștia sunt senzorii bipolari sau binari, care sunt utilizați în industrie pentru detectarea poziției.
Unul dintre cele mai comune exemple este detectarea poziției rotorului motoarelor electrice cu curent continuu fără perii și comutarea tranzistoarelor în ordinea corectă.
În tehnologia computerelor, a început să-și facă loc la tastaturi în anii ’60, dar a fost încă considerat scump, așa că la început a fost folosit doar în unități critice pentru siguranță (de exemplu, folosit în scopuri militare). Căci, deși tehnologia era costisitoare, a funcționat foarte fiabil și previzibil.
În plus, este folosit și în tehnologia de măsurare (contoare de curent), ca și convertor liniar și în nenumărate alte domenii.

Utilizare în industria auto
Aplicarea la autoturisme se bazează pe același principiu. Dacă transmițătorul primește tensiune (de exemplu 12 volți), curentul va curge prin el. Ca urmare a mișcării unui magnet, în vecinătatea lui apare o tensiune detectabilă.
Deoarece există relativ multe părți mobile în vehicule, senzorii Hall pot fi găsiți în multe locuri. În cele mai simple implementări practice, senzorul observă o mișcare de rotație, așa că de obicei există un disc rotund în fața senzorului cu magneți mici. În acest format, senzorul Hall poate fi găsit, de exemplu, la senzorii de poziție unghiulară ai arborelui principal și cu came sau la senzorii ABS.

Ventilator de răcire a motorului cu senzor Hall (Sursă: www.wikipedia.org)

În acest caz, magnetul se află într-o poziție fixă și o placă perforată se rotește în fața lui pentru a proteja.
Senzorii Hall sunt utilizați chiar și în manometrele de combustibil ale unor vehicule. Senzorul este utilizat pentru a detecta poziția elementului plutitor în interiorul rezervorului de combustibil.

Avantaje. Materiale folosite
Un senzor cu efect Hall funcționează foarte bine dacă mobilitatea electronilor nu este. Acest lucru limitează materialele care sunt cu adevărat potrivite pentru senzorii Hall:

• Arseniura de galiu (GaAs)
• Arseniură de Indiu (InAs)
• Fosfura de indiu (InP)
• Antimoniură de indiu (InSb)
• Grafen

Deși aceste materiale nu se numără neapărat printre cele care pot fi obținute la un preț mic, este necesară o cantitate minimă. Deși este un dispozitiv foarte precis, este posibil ca producția sa să fie încă rentabilă și durata de viață a acestuia să depășească semnificativ, de exemplu, întrerupătorul de circuit predispus la ardere utilizat la sistemul de aprindere al autoturismelor.
În plus, nu putem uita dimensiunile dispozitivului: senzorul Hall este extrem de compact, astfel încât poate fi instalat fără probleme în multe locuri fără a necesita modificări majore.
Deși a fost considerată o piesă de nesubstituit în industria vehiculelor încă din anii 70 (există deja un senzor inteligent de rotire a roții Hall), nu pare că vreun alt dispozitiv care funcționează pe același principiu l-ar putea înlocui pe piață, așa că probabil va rămâne cu noi multă vreme.