Qué é un transductor de efecto Hall

Elemento de efecto Hall: Definición e principio

Definición

Un elemento de efecto Hall é un tipo especializado de transductor deseñado para medir campos magnéticos. Dado que a medida directa dun campo magnético non é straightforward, o transductor de efecto Hall serve como unha ferramenta valiosa. Funciona convertindo o campo magnético nunha forza electromotriz (fem), unha magnitude eléctrica que pode medirse convenientemente usando tanto instrumentos analóxicos como dixitais. Esta conversión permite a cuantificación e análise da intensidade e características do campo magnético en varias aplicacións.

Principio do transductor de efecto Hall

O principio subxacente do transductor de efecto Hall basease nun fenómeno físico intrigante. Cando unha tira de conductor que transporta corrente se coloca dentro dun campo magnético transversal, indúcese unha forza electromotriz (FEM) entre as bordas do conductor. A magnitude do voltaxe xerado é directamente proporcional á densidade do fluxo magnético que pasa polo conductor. Esta propiedade única dos conductores, onde a presenza dun campo magnético e unha corrente eléctrica interaccionan para producir un voltaxe mensurable, coñécese como o efecto Hall.

Tanto os metais como os semiconductores exhiben o efecto Hall, con a intensidade e comportamento deste efecto dependendo da densidade e mobilidade dos seus electróns. Para entender mellor este principio, considere o elemento de efecto Hall representado na figura a continuación. Nesta configuración, fornécese unha corrente eléctrica a través dos bornes 1 e 2, mentres que o voltaxe de saída mídese entre os bornes 3 e 4. Cando non se aplica ningún campo magnético á tira de conductor, os bornes 3 e 4 están ao mesmo potencial eléctrico.

Cando se aplica un campo magnético á tira, xérase un voltaxe de saída entre os bornes de saída 3 e 4. Este voltaxe inducido é directamente proporcional á intensidade do campo magnético. Matematicamente, a relación pode describirse pola seguinte fórmula para o voltaxe de saída VH:

O I é a corrente en amperios e o B son as densidades de fluxo en Wb/m2

Transductor de efecto Hall: Capacidades de medida e aplicacións

Capacidades de medida

Tanto a corrente que circula polo conductor como a intensidade do campo magnético poden determinarse analizando os voltaxes de saída dun transductor de efecto Hall. No entanto, nos conductores, a forza electromotriz (FEM) xerada polo efecto Hall é tipicamente moi pequena, supoñendo un reto para a medida precisa. En contraste, os semiconductores como o germanio prodúcen unha FEM relativamente maior. Este sinal maior pódese medir facilmente usando instrumentos de bobina móbil, facendo aos semiconductores máis prácticos para moitas aplicacións de medida baseadas no efecto Hall.

Aplicacións dos transductores de efecto Hall

O transductor de efecto Hall ten un uso extenso en varios campos debido á súa capacidade única de converter fenómenos magnéticos en sinais eléctricos. Algúns das súas aplicacións clave son as seguintes:

1. Transducción de magnético a eléctrico

Unha das aplicacións primarias do elemento de efecto Hall é converter o fluxo magnético nun sinal eléctrico. Para medir campos magnéticos, un material semiconductor colócase dentro do campo magnético de interese. Como resultado, desenvólvese un voltaxe entre as finais das tiras de semiconductor. Este voltaxe é directamente proporcional á densidade do campo magnético, permitindo a cuantificación da intensidade do campo magnético.

Os transductores de efecto Hall ofrecen varias vantaxes. Requiren un espazo mínimo, facéndolos adecuados para diseños compactos. Ademais, proporcionan un sinal eléctrico continuo que reflete con precisión a intensidade do campo magnético. No entanto, tamén teñen unha limitación notable: unha alta sensibilidade ás variacións de temperatura. Esta sensibilidade significa que a calibración é a miúdo necesaria para cada escenario de medida individual para asegurar resultados precisos e fiables.

2. Medida de desprazamento

Os elementos de efecto Hall tamén empreganse para medir o desprazamento de compoñentes estruturais. Por exemplo, considera unha estrutura ferromagnética integrada cun imán permanente.

Nas aplicacións de medida de desprazamento, un transductor de efecto Hall colócase entre os polos dun imán permanente. Cando a posición dun compoñente ferromagnético dentro desta configuración de campo magnético cambia, altera a intensidade do campo magnético experimentado polo elemento de efecto Hall. Este cambio na intensidade do campo magnético tradúcese nun cambio correspondente no voltaxe de saída do transductor, permitindo a medida precisa do desprazamento da estrutura ferromagnética. Este método non invasivo ofrece unha forma fiable de monitorizar o movemento de pezas mecánicas en diversos sistemas, como maquinaria industrial ou brazos robóticos.

3. Medida de corrente

O transductor de efecto Hall ofrece un método moi conveniente e seguro para medir a corrente eléctrica, xa que permite a medida da corrente sen a necesidade de ningunha conexión física directa entre o circuito de conductor e o medidor. Se é corrente alternada (CA) ou corrente continua (CC), cando se aplica a un conductor, xérase un campo magnético arredor do conductor. A intensidade deste campo magnético é directamente proporcional á magnitude da corrente aplicada. Este campo magnético, por sua vez, induce unha forza electromotriz (FEM) a través das tiras do transductor de efecto Hall. A magnitude desta FEM inducida depende da intensidade do campo magnético, que está relacionada coa corrente que circula polo conductor. Medindo esta FEM inducida, pode determinarse con precisión o valor da corrente, facendo aos transductores de efecto Hall ideais para a detección de corrente en un amplio rango de sistemas eléctricos, desde redes de distribución de enerxía a dispositivos electrónicos.

4. Medida de potencia

Os transductores de efecto Hall tamén empreganse para medir a potencia dun conductor eléctrico. Cando se pasa unha corrente polo conductor, xérase un campo magnético, cunha intensidade do campo directamente correlacionada coa magnitude da corrente. Este campo magnético, a seguir, induce un voltaxe a través das tiras do transductor de efecto Hall. Utilizando un circuito multiplicador en conxunto co transductor, o voltaxe de saída do multiplicador pode ser proporcional á potencia dissipada no conductor. Este enfoque permite a medida eficiente e precisa da potencia eléctrica en varias aplicacións, incluíndo en sistemas de enerxía eléctrica, onde o control do consumo e fluxo de enerxía é crucial para a xestión de enerxía e a optimización do sistema.