DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

PRÁCTICAS DE INSTRUMENTACIÓN Y

SENSORES

PRÁCTICA 7

TEMA: TRANSDUCTOR DE EFECTO HALL

Hrs. de la asignatura 4 Hrs

Acurio Andres

Salazar Pablo

Responsable de la Práctica Ing. José G. Bucheli Andrade

ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO – LATACUNGA

CARRERA DE ELECTRÓNICA

INSTRUMENTACIÓN Y SENSORES

INFORME No. 3

1.- TEMA: TRANSDUCTOR DE EFECTO HALL

2. OBJETIVOS:

General:

Analizar el principio de funcionamiento de transductor de Efecto Hall, determinar

su curva característica y aplicaciones

Específicos:

Reconocer la estructura externa y terminales del transductor de efecto Hall

Analizar e implementar circuitos de acondicionamiento al transductor de efecto Hall

Determinar el rango de linealidad de Transductor de Efecto Hall

Visualizar el efecto y la presencia del ruido y de campos externos en el circuito implementado.

Implementar una aplicación del transductor de efecto Hall

3.- TRABAJO PREPARATORIO Presentar el siguiente trabajo antes de realizar la práctica 3.1 Investigue y en 10 líneas indique el principio de operación de un sensor de efecto

Hall 3.2 ¿Para qué sirve y cuál es el principio de funcionamiento de un Gaussometros?. 3.3 Investigue el procedimiento para medir corriente en base al Efecto Hall 3.4 Describa la operación para medir la velocidad de un motor en base al sensor de

efecto Hall. ¿Cuál es la ecuación para determinar los RPM?. 3.5 En la práctica se va a utilizar un sensor de efecto Hall con metal, sin metal, con imán.

¿Cuál es la característica de cada uno de ellos?. 3.5 Describa lo que se va a hacer durante la práctica 4.- EQUIPOS Y MATERIALES A UTILIZAR:

Módulo del Transductor de Efecto Hall

Transductor de Efecto Hall (con metal, sin metal, con imán)

Fuente de Alimentación

Micrómetro

Voltímetro

Osciloscopio

Cables de conexión

5. CONOCIMIENTOS PREVIOS NECESARIOS

El principio en el que se basan estos sensores lo descubrió Edward H. Hall, en 1879. Él encontró que cuando un campo magnético envolvía a una lámina de oro en la que circulaba corriente, se producía una diferencia de potencial en los lados de la lámina. Este efecto se llama efecto Hall.

En la actualidad, los dispositivos de efecto Hall se fabrican con semiconductores en lugar del oro con el que trabajó Hall. Los semiconductores producen diferencias de potencial Hall más altas que cualquier material sólido. El efecto Hall es la generación de una diferencia de potencial entre los terminales opuestos de un conductor eléctrico por el que circula corriente y que está colocado dentro de un campo magnético. Este efecto se produce debido a la fuerza de Lorentz, la cual desvía los portadores de carga en el material semiconductor.

Debido a esta desviación, los portadores de carga que forman la corriente que está circulando por el semiconductor están más concentrados en uno de los extremos del material semiconductor, esto nos genera la diferencia de potencial que se ilustra en la figura

En el laboratorio se dispone de los siguientes transductores de efecto Hall

Estos dispositivos tienen cuatro terminales. Dos de ellas se usan para aplicarle la excitación de DC y las otras dos se utilizan para obtener la tensión de salida. También, los dispositivos de efecto Hall se clasifican en dos grupos: Lineales y digitales.

Los transductores de efecto Hall lineales, se utilizan para gaussiómetros con una sensibilidad de 1.5 mV / g, y sondas de corriente continua. Los dispositivos de efecto Hall digitales se usan en sensores de proximidad, conmutación y contadores. La proximidad se detecta colocando un imán sobre el objeto cuya proximidad se va a detectar. Los dispositivos de efecto Hall, típicamente generan potenciales de aproximadamente 10 mV en su salida, por este motivo, muchos fabricantes incluyen un amplificador y el elemento Hall, en un mismo encapsulado.

MODULO TRANSDUCTOR Y ACONDICIONADOR DISPONIBLE EN EL LAB.

En el laboratorio se dispone del modulo para práctica, el cual incluye el Transductor de efecto Hall, el acondicionador y el circuito que genera los voltajes de referencia. En el circuito de interface, el transductor está conectado internamente al acondicionador de señal.

Aplicación del efecto Hall

Los sensores de Efecto Hall permiten medir:

Los campos magnéticos (Teslámetros) La intensidad de corrientes eléctricas (sensores de corriente de Efecto Hall)

También permiten la elaboración de sensores o detectores de posición sin contacto, utilizados particularmente en el automóvil, para detectar la posición de un árbol giratorio (caja de cambios, paliers,etc.).

Se encuentra también sensores de efecto Hall bajo las teclas de los teclados de los instrumentos de música modernos (órganos, órganos digitales, sintetizadores) evitando así el desgaste que sufren los contactos eléctricos tradicionales.

Se encuentra sensores de efecto Hall en el codificador de un motor de CD. Los motores de Efecto Hall (HET) son aceleradores de plasma de gran eficacia.

6.- PROCEDIMIENTO PRÁCTICO

6.1 Reconozca los transductores de efecto Hall disponibles en el laboratorio

6.2 Sobre el modulo reconozca el transductor de efecto Hall, bobina, amplificador, comparador, disco de pernos.

6.3 Conectar los terminales de salida del Transductor de efecto Hall a la etapa de

acondicionamiento y filtraje, sobre el módulo

6.4 Conectar la polarización a la bobina 6.5 Colocar el transductor sin metal, varíe el voltaje de entrada ( en la bobina), mida la

salida y llene los valores según la tabla

TRANSDUCTOR DE EFECTO HALL SIN METAL

Medición de Señal de Salida

Ganancia

VOLTAJE DE

ENTRADA X1 X10 X100

0 0 0 0

1 -0.004 -0.046 -0.49

2 -0.009 -0.091 -0.942

3 -0.013 -0.132 -1.32

4 -0.017 -0.170 -1.70

5 -0.022 -0.210 -2.12

6 -0.025 -0.248 -2.48

7 -0.029 -0.285 -2.83

8

9

10

11

12

6.6 Colocar el transductor con metal, varíe el voltaje de entrada en la bobina, mida la

salida y llene los valores según la tabla

TRANSDUCTOR DE EFECTO HALL CON METAL

Medición de Señal de Salida

Ganancia

VOLTAJE DE

ENTRADA X1 X10 X100

0 0 0 0

1 -0.007 -0.067 -0.68

2 -0.014 -0.013 -1.32

3 -0.021 -0.215 -2.15

4 -0.028 -0.278 -2.8

5 -0.036 -0.352 -3.530

6 -0.043 -0.424 -4.24

7 -0.050 -0.496 -4.962

8

9

10

11

12

6.7 Colocar el transductor con imán, varíe el desplazamiento en base al micrómetro

según la tabla y mida la salida para amplificaciones x1 , x10 , x100

TRANSDUCTOR DE EFECTO HALL CON IMAN

Medición de Señal de Salida

Ganancia

DESPLAZAMIENTO X1 X10 X100

0 -0.493 -4.926 -10.61

1 -0.493 -4.925 -10.61

2 -0.493 -4.925 -10.61

3 -0.493 -4.925 -10.61

4 -0.45 -4.53 -10.60

5 -0.349 -3.481 -10.59

6 -0.274 -2.738 -10.57

7 -0.222 -2.212 -10.56

8 -0.185 -1.842 -10.55

9 0 0 0

10

6.8 Para determinar el efecto de otros campos en la señal en el Transductor de Efecto

Hall, colocar materiales que sean ferromagnéticos y observar la salida.

6.9 Para determinar la presencia de ruido, observe la señal antes y después del filtro

6.10 Polarizar el motor para el disco con perno. Conecte la salida del sensor al comparador, varie el voltaje de referencia y observe con un osciloscopio la señal de

salida que indica la detección de los pernos. Coloque un voltaje de referencia en el comparador.

Medición de Señal de Salida

VOLTAJE DE ENTRADA

AL MOTOR DE DC

VELOCIDAD [Hz]

2.843 61.3

2.26 40

5.27 139

7.- ANÁLISIS DE RESULTADOS

7.1 En base a los datos obtenidos de las tablas trace las curvas correspondientes según

las variables indicadas para las diferentes ganancias.

TRANSDUCTOR DE EFECTO HALL SIN METAL

Curva voltaje de entrada - Voltaje de salida con una Ganancia de X1.

Curva voltaje de entrada - Voltaje de salida con una Ganancia de X10.

Curva voltaje de entrada - Voltaje de salida con una Ganancia de X100.

TRANSDUCTOR DE EFECTO HALL CON METAL

Curva voltaje de entrada - Voltaje de salida con una Ganancia de X1.

Curva voltaje de entrada - Voltaje de salida con una Ganancia de X10.

Curva voltaje de entrada - Voltaje de salida con una Ganancia de X100.

TRANSDUCTOR DE EFECTO HALL CON IMAN

Curva voltaje de entrada - Voltaje de salida con una Ganancia de X1.

Curva voltaje de entrada - Voltaje de salida con una Ganancia de X10.

Curva voltaje de entrada - Voltaje de salida con una Ganancia de X100.

Curva voltaje de entrada - velocidad

8.- PREGUNTAS

8.1 Indique y explique las etapas para el acondicionamiento de la señal proveniente de

un sensor de efecto Hall

Sea cual sea el uso que se dé al sensor de efecto hall, la etapa de

acondicionamiento consiste en:

Un amplificador para amplificar la señal proveniente del sensor en caso

que sea muy pequeña.

Una ganancia de voltaje para obtener el voltaje que queramos.

Un comparador para obtener una salida de 0L o 1L, u obtener una

variación de voltaje.

Un dispositivo para corregir el error offset y evitar valores incorrectos.

8.2 Muestre los datos de dos sensores de efecto Hall comerciales

Sensor de efecto hall HCT-BS

Características:

Accurate measurements of variety of signal currents: DC, AC, pulsed, mixed. High electrical isolation between primary circuit (high current) and secondary

circuit (electronic circuit). Overload capability up to 2 times of the nominal current. Screw assembly and output with Molex connector. Burden resistor inside sensor. Direct output voltage. Open loop solution with good accuracy.

General Data:

Operating Temperature: -40 to +85 ºC Storage Temperature: -55 to +125 ºC

Accuracy:

Linearity: ≤ 0.5% Full Scale Offset Voltage: 10mV Offset Drift: ≤± 0.5 mV/ºC Magnetic Offset Voltage: ±7 mV Response Time: ≤ 3µs

Aplicaciones:

AC variable speed drives and servo motor drives. Battery supplied applications Uninterruptible Power Supplies (UPS). Static converters for DC motor drives. Switched Mode Power Supplies (SMPS). Power supplies for welding applications.

Sensor de efecto hall HCT-LP

Características:

Accurate measurements of variety of signal currents: DC, AC, pulsed, mixed. High electrical isolation between primary circuit (high current) and

secondary circuit (electronic circuit). Overload capability. PCB mounting in small size. Closed loop solution with excellent accuracy. Very good linearity. Wide frequency bandwitdh.

General Data:

Operating Temperature: -40 to +85ºC Storage Temperature: -40 to +125ºC Weight: 25 g. Compensation Winding Maximum Resistance (T=25ºC): 45 Ohm.

Accuracy:

Accuracy at Ip (T=25ºC): < ±0.5% Linear Error (Full Scale, Vcc= ±15V, Rb=15 Ohm): < 0.1% Offset Current: ± 200uA Max. Offset Current Drift: ± 0.2 mA. Time Response (10% to 90% of Ip): < 1us. di/dt Followed Accurately: > 50A / us. Frequency Bandwidth: DC to 200kHz (-3 dB).

Aplicaciones:

AC variable speed drives and servo motor drives. Battery supplied applications Uninterruptible Power Supplies (UPS). Static converters for DC motor drives. Switched Mode Power Supplies (SMPS). Power supplies for welding applications.

9.- COMENTARIOS Y CONCLUSIONES

9.1 ¿Qué aprendió en esta práctica? Aprendimos a utilizar los distintos tipos de sensores de efecto hall, además como acondicionar la señal que proviene de un sensor de este tipo para obtener en nuestro caso un voltaje de salida.

9.2 ¿Qué habilidades desarrollo con esta práctica? La habilidad de manipular un sensor de efecto hall y los distintos circuitos como el modulo.

9.3 ¿Qué equipo(s) empleo para la realización de la práctica?

Módulo del Transductor de Efecto Hall

Transductor de Efecto Hall (con metal, sin metal, con imán)

Fuente de Alimentación

Micrómetro

Voltímetro

Osciloscopio

Cables de conexión

9.4 ¿Qué procedimientos se le complicaron? Al momento de calibrar la salida del modulo, ya que nos daba valores erróneos.

9.5 Exprese una crítica al desarrollo de la práctica y los resultados obtenidos. La práctica fue muy interesante y de gran aporte para adquirir nuevos conocimientos. Al final de la práctica los resultados obtenidos concordaban con la teoría previamente estudiada.

9.6 Mencione algo para mejorarla ya sea modificando el o los procedimientos o

sugiriendo nuevos experimentos. Según nuestro punto de vista la práctica no necesita modificaciones porque fue sencilla y lo suficientemente concreto para entender y conocer las características y el funcionamiento del sensor de efecto hall.

CONCLUSIONES

El voltaje de salida es inversamente proporcional al voltaje de entrada, por eso en las distintas graficas tenemos una aproximación a una línea recta.

Los sensores de efecto hall cuando tienen un imán incorporado pueden detectar todos los materiales ferromagneticos.

Mediante un sensor de efecto hall es posible determinar la velocidad de un motor y es útil para múltiples aplicaciones.

La frecuencia a la salida de un circuito que posee un sensor de efecto hall es proporcional al voltaje de entrada.

El efecto Hall es la generación de una diferencia de potencial entre los terminales opuestos de un conductor eléctrico por el que circula corriente y que está colocado dentro de un campo magnético. Este efecto se produce debido a la fuerza de Lorentz, la cual desvía los portadores de carga en el material semiconductor.

Los elementos del Hall se integran mayoritariamente en un circuito integrado en los que se produce una elevación de la señal y una compensación de la temperatura.

Estos dispositivos tienen cuatro terminales. Dos de ellas se usan para aplicarle la excitación de DC y las otras dos se utilizan para obtener la tensión de salida. Otros disponen de 3 terminales

10- RECOMENDACIONES Corregir el error offset para obtener valores más exactos al momento de realizar la

práctica. Leer previamente la teoría y el procedimiento para facilitar la resolución de la

práctica. Para el mejor desarrollo de la practica se debe tener cuidado con los equipos para

evitar que se dañen. 11.- FUENTES DE CONSULTA

http://www.grupopremo.com/es/product/489/features/sensoresdecorriente/hall-

effectsensors/hct-lpclosedloop1:2000.html

http://journal.lapen.org.mx/sep09/18_LAJPE_288_Eduardo_Rodriguez.pdf

http://www.autocity.com/documentos-tecnicos/index.html?codigoDoc=85

ANEXOS