Sensores Efecto Hall_INI
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5/21/2018 Sensores Efecto Hall_INI
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INSTRUMENTACIN INDUSTRIAL, GRUPO 01T CICLO I-14, 05-03-14
SENSORES DE EFECTO HALLHctor J. Pea PL100875.
Escuela de electrnica, Universidad Don Bosco, El Salvador.
ResumenEste documento presenta el proceso de como apareceun campo elctrico a travs de un conductor, cuando es atravesadopor un campo magntico. Este campo elctrico recibe el nombre decampo Hall, descubierto en 1879 por el fsico estadounidenseEdwin Herbert Hall. A lo largo del documento describiremos lossensores basados en este efecto, su principio de funcionamiento,caractersticas y aplicaciones y su diferencia con la clula r eed.
Palabras claveCampo elctrico, campo magntico, campo Hall,sensor, sonda Hall, clula reed.
I.
INTRODUCCIN.
Dado un material por el que se pueda establecer unacorriente y que se encuentre sometido a un campomagntico, el efecto Hall permite relacionar la corriente y elcampo magntico con la aparicin de una diferencia de
potencial en el material, en funcin de algunas de laspropiedades de composicin y tamao del mismo.
Esto permite caracterizar al material en trminos deconduccin elctrica y tiene adems diversas aplicacionescomo sensor de corrientes, campos magnticos y cualquiermagnitud que pueda ser convertida a una corriente o campomagntico.
Sensores de efecto Hall
Los sensores magnticos convierten seales magnticas enseales elctricas para ser procesadas por circuitoselectrnicos.
El sensor de efecto Hall, est basado en la produccin deuna cada de voltaje a travs de un conductor osemiconductor con corriente, bajo la influencia de un campo
magntico externo. Para esto es necesario que la direccindel campo magntico sea perpendicular a la direccin deflujo de la corriente. [1]
Fig. 1 Accin de un sensor de efecto Hall.
II. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO.
El sensor de efecto Hall se basa en la tensin transversal deun conductor que est sometido a un campo magntico.Colocando un voltmetro entre dos puntos transversales deun cable se puede medir esa tensin.
Para ello hay que hacer circular por el cable una intensidadfija y acercar un imn. Los electrones que pasan por el cablese vern desplazados hacia un lado. Entonces aparece unadiferencia de tensin entre los dos puntos transversales del
cable, denominada voltaje de Hall. Este voltaje esproporcional a la intensidad del campo magntico aplicadoy su polaridad depende del signo de los portadores de carga.
Al separar el imn del cable, la tensin transversaldesaparece. Para poder utilizar la tensin transversal esnecesario amplificarla, porque su valor es muy reducido.
El campo magntico perpendicular a la direccin del flujode corriente, ejerce una fuerza desviadora (fuerza deLorentz) sobre el conductor o semiconductor. Esta fuerza
causa la desviacin de los portadores de carga que semueven a travs del material.
Fig. 2 Sensor de efecto Hall.
La mayora de los sensores modernos se basan ensemiconductores de GaAs o InAsporque dan tensiones de
Hall, relativamente grandes.
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III. CARACTERSTICAS.
Los sensores de efecto Hall poseen gran variedad decaractersticas debido a la diversidad de aplicaciones en lasque pueden ser utilizados. Algunas de ellas, son lassiguientes:
El sensor se construye con un semiconductor, y ladeteccin se realiza a travs del potencial medido entrelos extremos del material.
La seal obtenida del sensor Hall puede ser procesadapara dar una seal digital o analgica. Cuando se deseaobtener una salida digital los sensores se denominaninterruptores Hall (Hall switches). Cuando se requiereque la salida sea proporcional a la seal que se deseamedir se denominan sensores Hall de tipo lineal.
En ausencia de material, el sensor de efecto Hall detectaun campo magntico intenso. Cuando el material seaproxima al sensor, el campo magntico se debilita en elsensor debido a la curvatura de las lneas de campo atravs del material.
La estructura bsica de un dispositivo de efecto Hallintegrado es la mostrada en la figura 3. El dispositivoconsta de la pastilla de efecto Hall y una circuiteraelectrnica apropiada que permite amplificar la tensinde salida a valores medibles, ya que la tensin de salida
del sensor Hall bsico es muy pequea.
Fig. 3 Sensor de efecto Hall integrado.
El sensor de efecto Hall, se construyen consemiconductores y la deteccin, se realiza a travs del
potencial medido entre los extremos del material.
Es necesario realizar una referencia cruzada y ciertascancelaciones cuando se utiliza este tipo de sensor, paraque las seales verdaderas puedan separarse de otras
causas que producen grandes variaciones de voltajegenerados por el proceso de inspeccin.
Los sensores de efecto Hall, son demasiado sensiblescuando las condiciones de la superficie no son
perfectas, lo cual resulta poco confiable cuando serealizan inspecciones porque generan falsas alarmas.
Los sensores de efecto Hall lineales pueden ser usadosen mltiples aplicaciones, por ejemplo: deteccin de
movimiento, de posicin, cambios producidos en unmaterial ferromagntico cuando se aplica un campomagntico. El consumo de energa es muy bajo, lasalida es lineal y muy estable con la temperatura.
IV. APLICACIONES.
Algunas de las aplicaciones de los sensores de efecto Hallque ms se han instalado en la industria, son las siguientes:
En el campo automotriz, se usa un sensor Hall como
reemplazo del sensor inductivo (basado en un imnpermanente y una bobina). Dado que en este caso elsensor, por estar implementado por un semiconductor,tiene la capacidad de poseer electrnica integrada, laseal que sale de los sensores por efecto Hall para usocomo detectores de proximidad por lo general ya estamplificada y condicionada, de modo que suutilizacin es mucho ms directa, fcil y econmica.
Se pueden emplear como medidores de campomagntico o gaussmetros. En este tipo de circuitos
hay una sonda junto con el sensor y electrnicavinculada con el procesamiento de la medida. Puedenmedir campos magnticos del orden de 1 mG.
Otra aplicacin en la industria automotriz de lossensores Hall, es que son utilizados para medirvelocidades de rotacin o detectar la posicin de undeterminado elemento. Su principal ventaja es que
pueden ofrecer datos fiables a cualquier velocidad derotacin. [3]
Fig. 4 Seal de revoluciones aplicando un sensor de efecto Hall.
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En robtica un sensor de efecto Hall se utiliza paracontar las vueltas de una llanta, colocando el imn en lallanta y el sensor en la carcasa de manera que, cada vezque pase por el imn, contar una vuelta. Esta seal deconteo se ingresa a un microcontrolador y ste comparael conteo de las dos llantas, verificando que las vueltasque ha dado una llanta y otra sean iguales. As podemos
asegurar que el robot vaya derecho y no verse afectadopor alguna piedra que se haya atorado en una llanta ydesviado al robot.
V. DIFERENCIA ENTRE SENSOR DE EFECTOHALL Y CLULA REED.
Los sensores basados en el efecto Hall detectan la presenciade objetos ferromagnticos por la deformacin que estos
provocan sobre un campo magntico.
Los sensores/conmutadores Reed de proximidad(frecuentemente referidos como sensores magnticos) sonmuy tolerantes al desalineamiento y no presentaninconvenientes con entornos contaminados por polvo ylquido. Constan de dos partes, el conmutador reed y elactuador magntico. El conmutador reed cambia su estadocuando el actuador magntico se acerca a l, sin necesidadde que exista contacto fsico entre ambos. La distancia deoperacin puede variarse con una adecuada eleccin delactuador magntico. [3]
La clula Reed est formada por sensores de efecto Hallpara detectar en un rea limitada. En cambio el sensor deefecto Hall solo detecta una seccin determina. La clulaHall, cuando detecta el campo magntico, genera una
pequea tensin que alimenta la base de un transistor,de modo que el transistor montado con el emisor a masaconduce y pone el colector a masa. Por esta razn alcomprobar la seal de mando de un transmisor Hall, cuandola clula est sometida al campo magntico, la ondacuadrada se encuentra a nivel bajo (transistor conduciendo amasa).
VI.
CONCLUSIONES.
Los sensores de efecto Hall resultan muy atractivos porsu bajo costo y amplio rango de aplicaciones. Una de susmayores ventajas es que permiten la aislacin galvnicay mecnica del objeto de medida.
Si deseamos realizar una aplicacin en la que se requierala medicin de desplazamientos, de ngulos de rotacino incluso, algn sensado de una variable elctrica, esrazonable el uso de este tipo de sensores ya que son muy
precisos y de fcil implementacin.
Haciendo una comparacin entre la clula Reed y unsensor de efecto Hall, podemos disuadir que si queremosrealizar una medicin y abarcar un amplio rango, es msrecomendable utilizar una celular Reed, ya que sualcance sera mayor al de un sensor de efecto Hall.
VII.
RECOMENDACIONES.
Es importante que para la realizacin de aplicaciones, seposean conocimientos bsicos en mecnica yelectrnica, ya que de esta manera facilita el desarrollode las mismas y ayuda a diversificar las ideas propuestas
para darle una solucin adecuada al problema planteado.
Se recomienda el uso de estos sensores, cuando seutilicen frecuencias de funcionamiento relativamentealtas (100kHz), se requiera compatibilidad con otros
circuitos electrnicos y un amplio margen detemperatura (-40C a +125C).
VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRAFCAS
[1] Miguel A. Prez Instrumentacin electrnica Ed.Thomson, 2004 cap. 17.
[2] Antonio Creus Sole Instrumentacin Industrial7 ed.AlfaOmega-Marcombo, 2006 pp. 307.
[3]Vctor R. Gonzales Fundamentos de robtica, artculode internet, 2002, rea de sensores.
