O que é o efeito Hall e como funcionam os sensores de efeito Hall

Neste tutorial vamos aprender o que é Efeito Hall e como funcionam os Sensores de Efeito Hall. Você pode assistir ao vídeo a seguir ou ler o tutorial escrito abaixo.

Visão geral

O efeito Hall é o método mais comum de medição de campo magnético e os sensores de efeito Hall são muito populares e têm muitas aplicações contemporâneas. Por exemplo, eles podem ser encontrados em veículos como sensores de velocidade das rodas, bem como sensores de posição do virabrequim ou do eixo de comando de válvulas. Também são frequentemente usados como interruptores, bússolas MEMS, sensores de proximidade e assim por diante. Agora vamos passar por alguns desses sensores e ver como eles funcionam, mas primeiro vamos explicar o que é o Efeito Hall.

O que é efeito Hall?

Aqui está o experimento que explica o Efeito Hall:Se tivermos uma placa condutora fina, como ilustrado, e definirmos a corrente para fluir através dela, os portadores de carga fluirão em linha reta de um para o outro lado da placa.

Agora, se trouxermos algum campo magnético para perto da placa, perturbaríamos o fluxo reto dos portadores de carga devido a uma força, chamada Força de Lorentz (Wikipedia). Nesse caso, os elétrons desviariam para um lado da placa e os buracos positivos para o outro lado da placa. Isso significa que se colocarmos um medidor agora entre os outros dois lados, obteremos alguma tensão que pode ser medida.

Portanto, o efeito de obter uma voltagem mensurável, como explicamos acima, é chamado de Efeito Hall em homenagem a Edwin Hall, que o descobriu em 1879.

Sensores de efeito Hall

O elemento Hall básico dos sensores magnéticos de efeito Hall fornece principalmente uma tensão muito pequena de apenas alguns micro volts por Gauss, portanto, esses dispositivos geralmente são fabricados com amplificadores de alto ganho embutidos.

Existem dois tipos de sensores de efeito Hall, um fornecendo saída analógica e o outro digital. O sensor analógico é composto por um regulador de tensão, um elemento Hall e um amplificador. A partir dos esquemas do circuito, podemos ver que a saída do sensor é analógica e proporcional à saída do elemento Hall ou à força do campo magnético. Esses tipos de sensores são adequados e usados para medição de proximidade devido à sua saída linear contínua.

Por outro lado, os sensores de saída digital fornecem apenas dois estados de saída, “ON” ou “OFF”. Esses tipos de sensores possuem um elemento adicional, conforme ilustrado nos esquemas do circuito. Esse é o Schmitt Trigger que fornece histerese ou dois níveis de limiar diferentes para que a saída seja alta ou baixa. Para mais detalhes sobre como o Schmitt Trigger funciona, você pode conferir meu tutorial específico para isso.

Um exemplo deste tipo de sensor é o interruptor de efeito Hall. Eles são frequentemente usados como interruptores de limite, por exemplo, em impressoras 3D e máquinas CNC, bem como para detecção e posicionamento em sistemas de automação industrial.

Outras aplicações contemporâneas desses sensores são a medição da velocidade da roda/rotor ou RPM, bem como a determinação da posição do virabrequim ou árvore de cames em sistemas de motores. Esses sensores são compostos por um elemento Hall e um ímã permanente que são colocados próximos a um disco dentado fixado no eixo giratório.

A folga entre o sensor e os dentes do disco é muito pequena, então cada vez que um dente passa perto do sensor, ele altera o campo magnético circundante, o que fará com que a saída do sensor seja alta ou baixa. Assim, a saída do sensor é um sinal de onda quadrada que pode ser facilmente usado para calcular a RPM do eixo rotativo.

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