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Instrumentacin y Sensores
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DEPARTAMENTO DE ELCTRICA Y ELECTRNICA CARRERA DE ING. EN
ELECTRNICA E INSTRUMENTACIN
ASIGNATURA: Instrumentacin y Sensores Unidad II
Tarea
TEMA: Sensores de efecto Hall y sus Aplicaciones
Hrs. de la asignatura 4 Hrs
Responsable: Ing. Jos Bucheli
Nombre Estudiante: 1) Alex Tipantua Fecha de entrega:
04/07/2015
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EL EFECTO HALL Efecto Hall es la medicin del voltaje transversal
en un conductor cuando es puesto en un
campo magntico. Mediante esta medicin es posible determinar el
tipo, concentracin y
movilidad de portadores en silicio. El electromagnetismo ensea
que un campo
electromagntico variable en el tiempo slo penetra en un
conductor hasta una profundidad
del orden del espesor pelicular. El Efecto Hall permite la
penetracin de un campo
magntico rotante y la generacin de corriente. Este mtodo est
siendo utilizado para
producir corriente necesaria en experimentos de fusin nuclear
por confinamiento
magntico.
Sondas Hall
Las sondas hall son sensores de campo magntico basados en el
efecto Hall que permiten
medir con gran precisin la componente del campo perpendicular a
su plano de trabajo.
Sonda Hall. La corriente IH se aplica por dos puntos y circula a
lo largo del sensor, y el
voltaje Hall VH se mide entre dos puntos en la direccin
transversal.
Mediante la utilizacin del efecto Hall y de la tecnologa del
transformador, las sondas de
corriente actuales permiten que el operador pueda observar y
medir directamente las
seales de corriente alterna y corriente continua a travs de la
deteccin del campo
magntico. Basadas en el concepto del transformador de corriente,
las sondas de corriente
modernas ofrecen la posibilidad de incorporar la tecnologa del
efecto Hall, en combinacin
con las caractersticas de los equipos de prueba modernos, para
obtener unas mediciones de
corriente muy sensibles y con un alto grado de precisin.
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APLICACIONES SENSORES DE EFECTO HALL
El campo de aplicaciones de los sensores de Efecto Hall es
extremadamente amplio. Por
ejemplo se pueden emplear como medidores de campo magntico o
gaussmetros. En este
tipo de circuitos hay una sonda junto con el sensor y electrnica
vinculada con el
procesamiento de la medida. Pueden medir campos magnticos del
orden de 1 mG.
Sensor de posicin de efecto Hall
Circuitos integrados de sensores de efecto Hall lineales. Estn
optimizados para
proporcionar con precisin una salida de voltaje que es
proporcional a un campo magntico
aplicado. Estos dispositivos tienen una tensin de salida de
reposo que es 50% de la tensin
de alimentacin. Dos opciones de sensibilidad de salida se
proporcionan: 2,5 mV / G tpico
para el A1301 y 1,3 mV / G tpico para el A1302.
El efecto Hall circuito integrado incluido en cada dispositivo
incluye un elemento de Hall
de deteccin, un amplificador lineal, y una estructura de salida
CMOS Clase A. La
integracin del elemento sensor Hall y el amplificador en un solo
chip minimiza muchos de
los problemas normalmente asociados con las seales analgicas de
bajo nivel de voltaje.
De alta precisin en los niveles de produccin se obtiene ganancia
interna y compensar
recortar ajustes realizados al final de la lnea durante el
proceso de fabricacin.
Estas caractersticas hacen que el A1301 y A1302 ideal para su
uso en sistemas de
deteccin de posicin, tanto para el movimiento lineal de destino
y el movimiento de
rotacin de destino. Se utilizan en aplicaciones industriales de
los rangos de temperatura
extendidos, de -40 C a 125 C.
INTERRUPTOR DE PROXIMIDAD DE EFECTO HALL
Sensores de proximidad sin contacto
Reaccionan ante el campo magntico de imanes permanentes y de
electroimanes.
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Sensores de proximidad con contacto
Son interruptores de posicin electromecnica.
Interruptor un contacto elctrico por medio de una fuerza
externa. Vida til 10
millones de ciclos.
Tiempos de conmutacin entre 1 y 10ms.
Cuando se utilizan interruptores electromecnicos para
operaciones de conteo,
deben tenerse en cuenta los posibles rebotes de los
contactos.
SENSORES DE VELOCIDAD DE EFECTO HALL
Aplicacin Los sensores de revoluciones del motor (sensores de
barra), tambin llamados transmisores
de revoluciones o r.p.m, se emplean para:
Medir el nmero de revoluciones del motor
Detectar la posicin del cigeal (posicin de los pistones del
motor).
El nmero de revoluciones se calcula mediante el intervalo de
tiempo entre las seales del
sensor. La seal de este sensor es una de las magnitudes ms
importantes del control
electrnico del motor.
Estructura y funcionamiento
El sensor est montado (separado por un entrehierro) directamente
frente a una rueda de
impulsos ferromagntica (figura inferior, pos. 5). Contiene un
ncleo de hierro dulce
(espiga polar) (3) rodeado por un devanado (4). La espiga polar
comunica con un imn
permanente (1). Hay un campo magntico que se extiende sobre la
espiga polar y penetra
en la rueda de impulsos (5). El flujo magntico a travs de la
bobina depende de si delante
del sensor se encuentra un hueco o un diente de la rueda de
impulsos. Un diente concentra
el flujo de dispersin del imn. Se produce una intensificacin del
flujo til a travs de la
bobina. Por contra, un hueco debilita el flujo magntico. Estos
cambios en el flujo
magntico inducen en la bobina una tensin sinusoidal de salida
que es proporcional a la
velocidad de las variaciones y, por tanto, al nmero de
revoluciones (figura 2).
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La amplitud de la tensin alterna crece intensamente a medida que
aumenta el nmero de
revoluciones (pocos mV... >100 V). Existe una amplitud
suficiente a partir de un nmero
mnimo de 30 revoluciones por minuto.
SENSOR DE RELUCTANCIA VARIABLE
Existen ciertos casos donde las condiciones fsicas de operacin
requieren un sensor a
prueba de casi todo. La solucin acostumbrada son los sensores de
reluctancia variable y se
caracterizan porque funcionan de la siguiente manera: El campo
de un imn permanente es
deformado al paso de un objeto de alta reluctancia, como los
dientes de un engrane
metlico; este cambio en el campo induce un voltaje en una bobina
colocada rodeando al
imn. La magnitud de este voltaje depende de la velocidad con la
que el diente en nuestro
ejemplo pasa frente al campo magntico y, cuando es
suficientemente grande (4500
mm/seg), puede ser empleado en contadores o indicadores de
velocidad directamente.
En nuestro medio usualmente se conocen estos sensores como de
"Pick Up" magntico. Y,
tienen forma de cilindro metlico, a manera de un tornillo. Este
tipo de sensor se basa en la
ley:
Donde es el flujo de campo magntico, I es la corriente y N es el
nmero de vueltas del inductor. Pero el flujo magntico es igual al
cociente entre la fuerza magnetomotriz M y la
reluctancia magntica R, y adems, M = NI, por lo que:
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Para una bobina de longitud L y seccin de rea A, donde la
longitud sea mucho mayor que
el dimetro de las espiras se tiene:
Dnde:
r es la permeabilidad relativa del ncleo L = recorrido de las
lneas de campo en el aire.
A = rea de las bobinas.
Normalmente se aprovechan las variaciones de la longitud y de la
permeabilidad.Cuando lo
que vara es la distancia L se est hablando de sensores de
entrehierro variable, y cuando lo
que varia es la permeabilidad se dice que se est hablando de
sensores de ncleo mvil.
Esto sensores tiene los siguientes problemas:
*Los campos magnticos parsitos afectan a L, por lo que se deben
apantallar.
*La relacin L y R no es constante y vara hacia los extremos.
*L y R son inversamente proporcionales, por lo que las medidas
sern normalmente no
lineales.
* La temperatura de trabajo debe ser menor a la de Curie del
material usado.
Por contra tienen las siguientes ventajas:
*La humedad los afecta muy poco
* Tiene poca carga mecnica
*Y una alta sensibilidad.
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Algunas configuraciones tpicas se muestran a continuacin:
BIBLIOGRAFIA:
Disponible en:
http://www.aficionadosalamecanica.net/sensores2-modelos.htm
Disponible en:
http://se2amm.blogspot.com/2012/05/sensor-de-efecto-hall.html
Disponible en:
http://es.slideshare.net/jontalci/sensor-de-velocidad-vss
Disponible en:
http://dalf1987.blogspot.com/2009/01/221-reluctancia-variable.html
