Sensor de efeito Hall - Hall effect sensor
Um sensor de efeito Hall (ou simplesmente sensor Hall ) é um tipo de sensor que detecta a presença e magnitude de um campo magnético usando o efeito Hall . A tensão de saída de um sensor Hall é diretamente proporcional à intensidade do campo. Seu nome é uma homenagem ao físico americano Edwin Hall .
Os sensores Hall são usados para aplicações de detecção de proximidade , posicionamento , detecção de velocidade e detecção de corrente . Freqüentemente, um sensor Hall é combinado com detecção de limite para atuar como uma chave binária . Vistos comumente em aplicações industriais, como o cilindro pneumático ilustrado , eles também são usados em equipamentos de consumo; por exemplo, algumas impressoras de computador os usam para detectar a falta de papel e abrir as tampas.
Os sensores Hall são comumente usados para cronometrar a velocidade das rodas e eixos, como para o tempo de ignição do motor de combustão interna , tacômetros e sistemas de travagem antibloqueio . Eles são usados em motores elétricos DC sem escova para detectar a posição do ímã permanente. Na roda ilustrada com dois ímãs igualmente espaçados, a tensão do sensor atinge o pico duas vezes para cada revolução. Esse arranjo é comumente usado para regular a velocidade das unidades de disco .
Princípio de trabalho
Em um sensor Hall, uma corrente é aplicada a uma fina tira de metal. Na presença de um campo magnético perpendicular à direção da corrente, os portadores de carga são desviados pela força de Lorentz , produzindo uma diferença no potencial elétrico ( voltagem ) entre os dois lados da faixa. Essa diferença de tensão (a tensão Hall) é proporcional à intensidade do campo magnético.
Os sensores de efeito Hall respondem a campos magnéticos estáticos (sem alteração). Esta é uma diferença fundamental dos sensores indutivos , que respondem apenas às mudanças nos campos.
Sonda Hall
Uma sonda Hall é um dispositivo que usa um sensor de efeito Hall calibrado para medir diretamente a força de um campo magnético. Como os campos magnéticos têm uma direção e também uma magnitude, os resultados de uma sonda Hall dependem da orientação, bem como da posição, da sonda.
Materiais
O fator chave que determina a sensibilidade dos sensores de efeito Hall é a alta mobilidade de elétrons . Como resultado, os seguintes materiais são especialmente adequados para sensores de efeito Hall:
- arsenieto de gálio (GaAs),
- arsenieto de índio (InAs),
- fosfeto de índio (InP),
- antimonídeo de índio (InSb),
- grafeno .
Processamento de sinal e interface
Os sensores Hall são transdutores lineares . Esses sensores requerem um circuito linear para processar o sinal de saída do sensor. Este circuito fornece a tensão de acionamento para o sensor e é usado para amplificar o sinal de saída. Em alguns casos, o circuito linear pode cancelar a tensão de deslocamento dos sensores Hall. Além disso, a modulação CA da corrente motriz também pode reduzir a influência dessa tensão de deslocamento. Sensores Hall com transdutores lineares são comumente integrados à eletrônica digital. Isso permite correções avançadas para as características do sensor (por exemplo, correções de coeficiente de temperatura) e interface digital para sistemas de microprocessador. Em alguns sensores IC Hall, um DSP integrado é usado, o que pode permitir mais técnicas de processamento diretamente no pacote do sensor. As interfaces do sensor Hall podem incluir diagnósticos de entrada, proteção contra falhas para condições transitórias e detecção de curto / circuito aberto. Ele também pode fornecer e monitorar a corrente para o próprio sensor Hall. Existem produtos IC de precisão disponíveis para lidar com esses recursos.
Vantagens e desvantagens
Os sensores Hall são capazes de medir uma ampla gama de campos magnéticos e são sensíveis à magnitude e orientação do campo. Quando usados como chaves eletrônicas, são menos propensos a falhas mecânicas, uma vez que não há desgaste nas partes físicas. Eles também podem ser operados em frequências mais altas do que interruptores mecânicos.
Os interruptores de efeito Hall não podem ser usados em áreas com altos campos magnéticos externos. Os sensores Hall podem estar sujeitos à variação térmica devido a mudanças nas condições ambientais e à variação do tempo ao longo da vida útil do sensor.
Formulários
Sensor de posição
Uma das aplicações industriais mais comuns de sensores Hall usados como interruptores binários é na detecção de posição. Os sensores Hall também são usados em motores CC sem escovas para detectar a posição do rotor e para alternar os transistores na sequência correta. Outro exemplo de sensor de posição de efeito Hall é o sensor usado para detectar se a tampa de um smartphone está fechada. Veja os acessórios do Galaxy S4 .
Transformadores de corrente contínua (DC)
Sensores Hall podem ser utilizados para medições sem contato de corrente contínua em transformadores de corrente . Nesse caso, o sensor Hall é montado na lacuna no núcleo magnético em torno do condutor de corrente. Como resultado, o fluxo magnético DC pode ser medido e a corrente DC no condutor pode ser calculada.
Indicador de nível de combustível automotivo
Sensores Hall são usados em alguns indicadores de nível de combustível automotivo. O sensor é usado para detectar a posição de um elemento flutuante dentro do tanque de combustível.
Interruptor de teclado
Os interruptores de efeito Hall para teclados de computador foram desenvolvidos no final dos anos 1960 por Everett A. Vorthmann e Joseph T. Maupin na Honeywell . Devido aos altos custos de fabricação, esses teclados costumavam ser reservados para aplicações de alta confiabilidade, como aeroespacial e militar. À medida que os custos de produção em massa diminuíram, um número crescente de modelos de consumo tornou-se disponível.
Veja também
Referências
Leitura adicional
- Baumgartner, A .; Ihn, T .; Ensslin, K .; Papp, G .; Peeters, F .; Maranowski, K .; Gossard, AC (2006). "Efeito Hall clássico em experimentos de portas de varredura" . Phys. Rev. B . 74 (16): 165426. bibcode : 2006PhRvB..74p5426B . doi : 10.1103 / PhysRevB.74.165426 . hdl : 10067/613600151162165141 . S2CID 121163404 .
- Nave, R. "Hall Effect" . Hiperfísica . Departamento de Física e Astronomia da Georgia State University . Página visitada em 20 de abril de 2021 .
links externos
- Mídia relacionada a sensores Hall no Wikimedia Commons