Pourquoi les capteurs de courant à effet Hall n'existent-ils pas pour les courants faibles?

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Il ne semble pas y avoir de capteurs de courant à effet Hall disponibles pour les petits courants, disons de l'ordre de 500mA. Je suppose que cela est dû à une limitation technique ou physique. Qu'Est-ce que c'est?

current-measurement hall-effect

— Phil Frost
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Vous ne trouverez pas de produits commerciaux dans cette gamme simplement parce qu'il n'y a pas de réelle demande pour eux. Il existe des moyens meilleurs et plus simples de mesurer les courants CC et CA à ce niveau.

— Dave Tweed

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Les capteurs de courant à effet Hall mesurent le flux magnétique généré autour d'un conducteur transportant du courant. A ce titre, la sensibilité est limitée par le bruit de fond dû au "bruit" magnétique étranger au voisinage du conducteur.

Cela peut être surmonté à des degrés divers en concentrant le flux magnétique dû au conducteur porteur de courant, par un moyen assez simple: faire passer le courant à mesurer à travers une bobine entourant le capteur à effet Hall.

Par exemple, la section 12.1 de la fiche technique du capteur de courant à effet Hall linéaire Melexis MLX91206 illustre l'utilisation d'une bobine pour mesurer de petits courants:

Fig.3

Les faibles courants peuvent être mesurés avec le MLX91206 en augmentant le champ magnétique via une bobine autour du capteur. La sensibilité (tension de sortie vs courant dans la bobine) de la mesure dépendra de la taille de la bobine et du nombre de tours. Une sensibilité supplémentaire et une immunité accrue aux champs externes peuvent être obtenues en ajoutant un écran autour de la bobine. La bobine offre une isolation diélectrique très élevée, ce qui en fait une solution appropriée pour les alimentations haute tension avec des courants relativement faibles. La sortie doit être mise à l'échelle pour obtenir la tension maximale pour le courant le plus élevé à mesurer afin d'obtenir la meilleure précision et résolution.

Dans la pratique, tant que la conception peut tolérer une inductance dans le chemin du courant, le MLX91206 fonctionne suffisamment bien jusqu'à 100 mA pour une sortie pleine échelle. Lors de la mesure du courant du rail d'alimentation, cela peut en fait être mis à profit pour un avantage supplémentaire en utilisant l'inductance pour la suppression des ondulations, "gratuitement".

Conjecture: Il pourrait être utile d'explorer si une bobine non rectangulaire (toroïdale) fournit une meilleure atténuation du bruit magnétique extérieur que la forme rectangulaire - peut-être même des courants plus faibles peuvent-ils alors être mesurés.

— Anindo Ghosh
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Je ne suis pas un expert, mais voici ma meilleure estimation. Tout d'abord, à partir de Wikipedia , la tension de sortie d'un capteur à effet Hall est:

V_{H} = - \frac{I B}{n t e}

$V_H = -{{{IB}}\over{nte}}$

Où est le courant fourni à la plaque de détection, est le champ magnétique que vous détectez, est l'épaisseur de la plaque, est la charge élémentaire et est la densité de porteurs de charge des électrons porteurs. $I$ $B$ $t$ $e$ $n$

Le champ magnétique que vous ressentez est généré par le courant que vous souhaitez mesurer. Le champ est généré par:

B = \frac{μ_{0} I}{2 π r}

$B = {{\mu _0 I }\over{2\pi r}}$

Juste pour avoir une idée de la magnitude, dans le cas que vous décrivez, 500mA, à une distance de 1 cm, le champ B serait d'environ 10 T (micro Teslas). $\mu$

Il y a deux choses avec lesquelles nous pouvons jouer à ce stade pour obtenir une tension au-dessus du plancher de bruit. Nous pouvons augmenter le courant d'alimentation ou diminuer l'épaisseur de la plaque de détection. De toute évidence, il existe des limites pratiques à l'augmentation du courant et une limitation stricte à la diminution de l'épaisseur de la plaque. Les deux options s'opposent également, la diminution de l'épaisseur augmente la résistance, ce qui générera plus de chaleur pour des courants plus élevés.

Il semble alors probable que la mesure de très petits courants serait simple avec un équipement très coûteux. Il me semble que les accélérateurs de particules le font avec des supraconducteurs à refroidissement quasi absolu, mais je ne peux pas en trouver la preuve pour l'instant.

— Samuel
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Nous mesurons les courants avec des SQUID supraconducteurs fonctionnant à 4,2 K, mais c'est un peu peu pratique pour un usage quotidien. Le bruit de fond est d'environ 1pA (sqrt-Hz) pour une plage de 100uA (8 chiffres décimaux).

— Spehro Pefhany