Sensor Hall là sensor từ trường phổ biến nhất trên thị trường hiện nay dùng để đo từ trường lớn hơn 1 mT và hoạt động tốt trong dải nhiệt độ từ -100 đến 100°C. Sensor loại này có thể đo được cả từ trường một chiều DC và từ trường xoay chiều AC trong dải tần số lên đến 30 kHz. Cùng với việc đo từ trường, sensor loại này còn được phát triển thành các cảm biến đo vị trí, đo góc, đo vận tốc và đo tốc độ quay.
Sensor Hall hoạt động dựa trên hiệu ứng Hall trên các vật liệu bán dẫn. Hiệu ứng này được phát hiện bởi Edwin Hall năm 1879. Khi cho một dòng điện chạy qua một vật dẫn (chất bán dẫn) được đặt trong từ trường ngoài, ở hai mặt đối diện vuông góc với chiều dòng diện sẽ xuất hiện chênh lệch điện áp khi vật này (xem hình 1.19).
Hình 1.19. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của sensor Hall
Khi vật dẫn có dòng điện chạy qua, các điện tích chịu tác dụng của lực Lorent hướng vuông góc với chiều dòng điện và từ trường ngoài:
H
F qE q v B
trong đó q, v là điện tích và véc tơ vận tốc của hạt tải điện, E và B là véc tơ
điện trường Hall và từ trường tương ứng.
Dưới tác dụng của lực này, các phần tử tích điện trái dấu nhau sẽ chuyển động theo hai hướng ngược chiều nhau về hai mặt của vật dẫn, tạo ra ở hai mặt đối diện của mẫu các điện tích trái dấu dẫn đến xuất hiện một điện
trường Hall EH hướng vuông góc với chiều dòng điện. Lực tĩnh điện do điện trường này gây ra sẽ ngược hướng với lực Lorent. Trạng thái cân bằng nhanh chóng được hình thành cùng với sự tăng dần của lực tĩnh điện cho đến khi bù trừ hoàn toàn với lực từ. Khi đạt đến trạng thái cân bằng, lực gây ra do từ
Khi đó ta có thế Hall VH được cho bởi công thức: I B t R V H H .
trong đó, RH là điện trở Hall, I và B là cường độ dòng điện và từ trường, t là
chiều dày tấm vật liệu. Sử dụng công thức này ta có thể tính được từ trường thông qua điện áp Hall thu được.
Sensor Hall thường được làm từ các chất bán dẫn hơn là kim loại, vì nó có độ dẫn điện nhỏ hơn, điện trở lớn hơn do đó điện áp lớn hơn. Sensor dựa trên hiệu ứng Hall ít chịu ảnh hưởng của các điều kiện môi trường (bụi, độ ẩm, độ rung) và có đặc điểm là ổn định theo thời gian. Tuy nhiên, nhược điểm của các sensor Hall là bị giới hạn theo khoảng cách. Với từ trường nhỏ, chúng chỉ hoạt động tốt với khoảng cách nhỏ hơn 10 cm. Một hạn chế khác trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao là sự có mặt của tín hiện nền (offset), tức là có điện áp lối ra ngay cả khi không có từ trường ngoài. Thế nền có thể lên đến 100 mV với một nguồn 12 V. Để giải quyết vấn đề này, một điện cực điều khiển cần được thiết kế thêm vào để trừ nền cho một thế ra bằng không khi không có từ trường tác dụng.