Sensor de efeito Hall
Sensores de efeito Hall detectam a intensidade do campo magnético e a direção de um ímã permanente ou eletroímã. A saída do sensor de efeito Hall é uma função do seu campo magnético e pode detectar campos magnéticos positivos e negativos.
Princípio de funcionamento do sensor de efeito Hall
Um campo magnético externo ativa sensores de efeito Hall. Os campos magnéticos são representados pela densidade de fluxo (B) e pelos seus pólos magnéticos, como o pólo norte ou o pólo sul. O magnetismo ao redor do sensor de efeito Hall determina seu sinal de saída. Quando a densidade do fluxo magnético ambiente excede um valor limite predeterminado, o sensor produz uma tensão Hall, VH.
Sensores semicondutores são semicondutores do tipo p, como arsenieto de gálio (GaAs), arsenieto de índio (InAs) e antimoneto de índio (InSb) que conduzem corrente contínua. O material semicondutor experimenta uma força na presença de um campo magnético, fazendo com que tanto os elétrons quanto os buracos se movam para os lados da camada semicondutora. À medida que os elétrons e os buracos se movem para ambos os lados, uma diferença de potencial é desenvolvida entre os diferentes lados dos semicondutores. Em materiais retangulares planos, um campo magnético externo perpendicular ao material semicondutor tem um efeito maior na mobilidade dos elétrons.
O efeito Hall mostra o tipo de pólo magnético e sua intensidade de campo. Por exemplo, existe uma tensão num dos pólos do íman, mas não no outro. Os sensores de efeito Hall geralmente estão “desligados” e agem como um circuito aberto quando não há campo magnético. Eles são fechados apenas sob um campo magnético fortemente polarizado (circuito fechado).
Características do sensor magnético de efeito Hall
A tensão hall (V H ) do sensor de efeito Hall é uma função da intensidade do campo magnético (H). A maioria dos dispositivos comerciais de efeito Hall inclui amplificadores DC, circuitos lógicos de comutação e reguladores de tensão para melhorar a sensibilidade do sensor e as tensões de saída. Isso permite que o sensor de efeito Hall lide com mais potência e campos magnéticos.
Diagrama de circuito do sensor magnético de efeito Hall
Os sensores semiativos possuem saídas lineares ou digitais. A tensão de saída do sensor linear está diretamente relacionada ao campo magnético que flui através do sensor Hall e é emitida por um amplificador operacional.
Equação de tensão de efeito Hall
A equação da tensão de saída é dada por:
Aqui, V. H denota a tensão hall, R H denota o coeficiente de efeito Hall, eu denota a corrente, t denota a espessura e B representa a densidade do fluxo magnético. Sensores lineares ou analógicos produzem uma tensão constante que aumenta com campos magnéticos mais fortes e diminui com campos mais fracos. Em um sensor de efeito Hall, à medida que a intensidade do campo magnético aumenta, o sinal de saída do amplificador aumenta até a saturação da fonte de alimentação. Aumentar o campo magnético faz com que a saída fique saturada, mas não tem efeito:
Quando a saída do sensor Hall excede um nível predeterminado de fluxo magnético que flui através dele, os contatos mudam rapidamente do estado “fechado” para o estado “aberto” sem saltar. Esta histerese integrada evita que o sinal de saída oscile à medida que o sensor se move para dentro do campo magnético. Isso significa que o sensor de saída digital possui apenas os estados “ligado” e “desligado”.
Tipos de sensores de efeito Hall
Os sensores de efeito Hall podem ser de dois tipos: sensores de efeito Hall bipolares e sensores de efeito Hall unipolares. Os sensores unipolares podem operar e descarregar ao entrar e sair de um campo magnético com o mesmo pólo magnético sul, enquanto os sensores bipolares requerem campos magnéticos positivos e negativos para operar e descarregar. Devido às suas capacidades de acionamento de saída de 10-20 mA, a maioria dos dispositivos de efeito Hall não pode comutar diretamente cargas de alta corrente. Para cargas de corrente pesadas, um transistor NPN é adicionado à saída com um arranjo de coletor aberto.
Aplicações dos Sensores de Efeito Hall
Os sensores de efeito Hall são LIGADOS na presença de campos magnéticos e são controlados por um único tipo de ímã permanente em um eixo ou dispositivo móvel. Para maximizar a sensibilidade, as linhas de fluxo magnético devem ser perpendiculares ao campo do sensor e com a polarização correta em todas as configurações.
1: Detecção frontal
Requer que o campo magnético seja perpendicular ao detector de efeito Hall, conforme mostrado abaixo:
Esta técnica produz um sinal de saída, V H , que mede a densidade do fluxo magnético em dispositivos lineares em função da distância do sensor de efeito Hall. A tensão de saída aumenta com a força do campo magnético e sua proximidade.
2: Detecção lateral
Requer um fluxo magnético indireto enquanto o ímã se move lateralmente através do elemento de efeito Hall.
Sensores laterais ou móveis podem medir a velocidade de ímãs giratórios ou motores detectando o campo magnético deslizando na superfície do elemento Hall a uma certa distância do entreferro.
Uma tensão de saída linear positiva ou negativa pode ser produzida dependendo da posição do campo magnético que passa pela linha central do campo zero do sensor. Determina movimentos verticais e horizontais.
3: Controle de posição
O detector de posição permanece no estado “desligado” quando não há campo magnético. Assim que o pólo sul do íman se move numa direção perpendicular à vizinhança do sensor de efeito Hall, o dispositivo “liga” e o LED acende. Quando ligado, o sensor de efeito Hall está no estado “LIGADO”.
Para desligar o LED, o campo magnético deve cair abaixo do seu ponto de disparo mínimo detectável, ou também pode ser confrontado com o pólo norte oposto com valor gauss negativo.
Conclusão
Os sensores de efeito Hall são usados para detecção de direção e também de força de campos magnéticos. Eles são usados em uma ampla variedade de aplicações, incluindo automotiva, detecção de proximidade, detecção frontal, lateral e de posição para diferentes campos magnéticos.