Qué es el efecto Hall y cómo funcionan los sensores de efecto Hall

En este tutorial aprenderemos qué es el efecto Hall y cómo funcionan los sensores de efecto Hall. Puede ver el siguiente video o leer el tutorial escrito a continuación.

Resumen

El efecto Hall es el método más común para medir el campo magnético y los sensores de efecto Hall son muy populares y tienen muchas aplicaciones contemporáneas. Por ejemplo, se pueden encontrar en vehículos como sensores de velocidad de las ruedas, así como sensores de posición del cigüeñal o del árbol de levas. También se utilizan a menudo como interruptores, brújulas MEMS, sensores de proximidad, etc. Ahora revisaremos algunos de estos sensores y veremos cómo funcionan, pero primero expliquemos qué es el efecto Hall.

¿Qué es el Efecto Hall?

Este es el experimento que explica el efecto Hall:si tenemos una placa conductora delgada, como se ilustra, y establecemos que la corriente fluya a través de ella, los portadores de carga fluirán en línea recta de un lado al otro de la placa.

Ahora, si traemos un campo magnético cerca de la placa, perturbaremos el flujo directo de los portadores de carga debido a una fuerza, llamada Fuerza de Lorentz (Wikipedia). En tal caso, los electrones se desviarían hacia un lado de la placa y los huecos positivos hacia el otro lado de la placa. Esto significa que si colocamos un medidor ahora entre los otros dos lados, obtendremos un voltaje que se puede medir.

Entonces, el efecto de obtener un voltaje medible, como explicamos anteriormente, se llama Efecto Hall en honor a Edwin Hall, quien lo descubrió en 1879.

Sensores de efecto Hall

El elemento Hall básico de los sensores magnéticos de efecto Hall proporciona principalmente un voltaje muy pequeño de solo unos pocos microvoltios por Gauss, por lo tanto, estos dispositivos generalmente se fabrican con amplificadores de alta ganancia incorporados.

Hay dos tipos de sensores de efecto Hall, uno que proporciona salida analógica y el otro digital. El sensor analógico está compuesto por un regulador de voltaje, un elemento Hall y un amplificador. A partir de los esquemas del circuito, podemos ver que la salida del sensor es analógica y proporcional a la salida del elemento Hall o la intensidad del campo magnético. Este tipo de sensores son adecuados y se utilizan para medir la proximidad debido a su salida lineal continua.

Por otro lado, los sensores de salida digital proporcionan solo dos estados de salida, "ENCENDIDO" o "APAGADO". Este tipo de sensores tienen un elemento adicional, como se ilustra en los esquemas del circuito. Ese es el Schmitt Trigger que proporciona histéresis o dos niveles de umbral diferentes para que la salida sea alta o baja. Para obtener más detalles sobre cómo funciona Schmitt Trigger, puede consultar mi tutorial particular para eso.

Un ejemplo de este tipo de sensor es el interruptor de efecto Hall. A menudo se utilizan como interruptores de límite, por ejemplo, en impresoras 3D y máquinas CNC, así como para detección y posicionamiento en sistemas de automatización industrial.

Otras aplicaciones contemporáneas de estos sensores son la medición de la velocidad de la rueda/rotor o RPM, así como la determinación de la posición del cigüeñal o el árbol de levas en los sistemas del motor. Estos sensores están compuestos por un elemento Hall y un imán permanente que se colocan cerca de un disco dentado unido al eje giratorio.

El espacio entre el sensor y los dientes del disco es muy pequeño, por lo que cada vez que un diente pasa cerca del sensor, cambia el campo magnético circundante, lo que hará que la salida del sensor sea alta o baja. Entonces, la salida del sensor es una señal de onda cuadrada que se puede usar fácilmente para calcular las RPM del eje giratorio.