Sensor de efecto Hall
Los sensores de efecto Hall detectan la intensidad del campo magnético y la dirección de un imán permanente o electroimán. La salida del sensor de efecto Hall es función de su campo magnético y puede detectar campos magnéticos positivos y negativos.
Principio de funcionamiento del sensor de efecto Hall
Un campo magnético externo activa los sensores de efecto Hall. Los campos magnéticos se representan con densidad de flujo (B) y por sus polos magnéticos, como el polo norte o el polo sur. El magnetismo alrededor del sensor de efecto Hall determina su señal de salida. Cuando la densidad del flujo magnético ambiental excede un valor umbral predeterminado, el sensor produce un voltaje Hall, VH.
Los sensores semiconductores son semiconductores de tipo p, como el arseniuro de galio (GaAs), el arseniuro de indio (InAs) y el antimoniuro de indio (InSb), que conducen corriente continua. El material semiconductor experimenta una fuerza en presencia de un campo magnético, lo que hace que tanto los electrones como los huecos se muevan hacia los lados de la capa semiconductora. A medida que los electrones y los huecos se mueven hacia ambos lados, se desarrolla una diferencia de potencial entre los diferentes lados de los semiconductores. En materiales rectangulares planos, un campo magnético externo perpendicular al material semiconductor tiene un mayor efecto sobre la movilidad de los electrones.
El efecto Hall muestra el tipo de polo magnético y su intensidad de campo. Por ejemplo, hay voltaje en uno de los polos del imán, pero no en el otro. Los sensores de efecto Hall suelen estar “apagados” y actúan como un circuito abierto cuando no hay campo magnético. Están cerrados sólo bajo un campo magnético fuertemente polarizado (circuito cerrado).
Características del sensor magnético de efecto Hall
El voltaje de la sala (V h ) del sensor de efecto Hall es función de la intensidad de su campo magnético (H). La mayoría de los dispositivos comerciales de efecto Hall incluyen amplificadores de CC, circuitos lógicos de conmutación y reguladores de voltaje para mejorar la sensibilidad del sensor y los voltajes de salida. Esto permite que el sensor de efecto Hall maneje más potencia y campos magnéticos.
Diagrama del circuito del sensor magnético de efecto Hall
Los sensores semiactivos tienen salidas lineales o digitales. La tensión de salida del sensor lineal está directamente relacionada con el campo magnético que fluye a través del sensor Hall y se emite a través de un amplificador operacional.
Ecuación de voltaje de efecto Hall
La ecuación del voltaje de salida viene dada por:
Aquí, V. h denota el voltaje de la sala, R h denota el coeficiente de efecto Hall, I denota la corriente, t denota el espesor y B representa la densidad de flujo magnético. Los sensores lineales o analógicos producen un voltaje constante que aumenta con campos magnéticos más fuertes y disminuye con campos más débiles. En un sensor de efecto Hall, a medida que aumenta la intensidad del campo magnético, la señal de salida del amplificador aumenta hasta que la fuente de alimentación se satura. El aumento del campo magnético provoca que la salida se sature pero no tiene ningún efecto:
Cuando la salida del sensor Hall excede un nivel predeterminado de flujo magnético que fluye a través de él, los contactos cambian rápidamente del estado 'cerrado' al estado 'abierto' sin rebotar. Esta histéresis incorporada evita que la señal de salida oscile cuando el sensor se mueve hacia el campo magnético. Esto significa que el sensor de salida digital sólo tiene estados “encendido” y “apagado”.
Tipos de sensores de efecto Hall
Los sensores de efecto Hall pueden ser de dos tipos: sensores de efecto Hall bipolares y sensores de efecto Hall unipolares. Los sensores unipolares pueden funcionar y descargarse al entrar y salir de un campo magnético con el mismo polo magnético sur, mientras que los sensores bipolares requieren campos magnéticos positivos y negativos para funcionar y descargarse. Debido a sus capacidades de control de salida de 10-20 mA, la mayoría de los dispositivos de efecto Hall no pueden conmutar directamente cargas de alta corriente. Para cargas de corriente elevadas, se añade un transistor NPN a la salida con una disposición de colector abierto.
Aplicaciones de los sensores de efecto Hall
Los sensores de efecto Hall se encienden en presencia de campos magnéticos y están controlados por un único tipo de imán permanente en un eje o dispositivo móvil. Para maximizar la sensibilidad, las líneas de flujo magnético deben ser perpendiculares al campo del sensor y con la polarización correcta en todas las configuraciones.
1: Detección frontal
Requiere que el campo magnético sea perpendicular al detector de efecto Hall, como se muestra a continuación:
Esta técnica produce una señal de salida, V h , que mide la densidad del flujo magnético en dispositivos lineales en función de la distancia al sensor de efecto Hall. El voltaje de salida aumenta con la fuerza del campo magnético y su proximidad.
2: Detección lateral
Requiere un flujo magnético indirecto mientras el imán se mueve lateralmente a través del elemento de efecto Hall.
Los sensores laterales o móviles pueden medir la velocidad de imanes o motores giratorios detectando el campo magnético que se desliza sobre la superficie del elemento Hall a una cierta distancia del entrehierro.
Se puede producir un voltaje de salida lineal positivo o negativo dependiendo de la posición del campo magnético que pasa a través de la línea central de campo cero del sensor. Determina los movimientos verticales y horizontales.
3: Control de posición
El detector de posición permanece en estado 'apagado' cuando no hay campo magnético. Tan pronto como el polo sur del imán se mueve en dirección perpendicular a las proximidades del sensor de efecto Hall, el dispositivo se 'enciende' y el LED se ilumina. Cuando se enciende, el sensor de efecto Hall está en el estado 'ON'.
Para apagar el LED, el campo magnético debe caer por debajo de su punto de activación mínimo detectable, o también puede enfrentarse al polo norte opuesto con un valor de Gauss negativo.
Conclusión
Los sensores de efecto Hall se utilizan para detectar la dirección y la intensidad de los campos magnéticos. Se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, incluidas la automoción, la detección de proximidad, la detección frontal, lateral y de posición para diferentes campos magnéticos.