Entendendo o Efeito Hall e Como Funcionam os Sensores de Efeito Hall

Neste tutorial, vamos aprender o que é o Efeito Hall e como funcionam os sensores de Efeito Hall. Pode assistir ao vídeo seguinte 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, podem ser encontrados em veículos como sensores de velocidade das rodas, bem como sensores de posição do virabrequim ou do veio de cames. Também são frequentemente usados como interruptores, bússolas MEMS, sensores de proximidade e muito mais. Agora vamos analisar alguns destes sensores e ver como funcionam, mas primeiro vamos explicar o que é o Efeito Hall.

O que é o Efeito Hall?

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

Agora, se aproximarmos um campo magnético da placa, perturbaríamos o fluxo reto dos portadores de carga devido a uma força, chamada Força de Lorentz (Wikipedia). Nesse caso, os eletrões desviariam para um lado da placa e as lacunas positivas para o outro lado. 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 tensão mensurável, como explicado 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 tensões muito pequenas, de apenas alguns microvolts por Gauss. Por isso, estes dispositivos são geralmente fabricados com amplificadores de alto ganho embutidos.

Existem dois tipos de sensores de Efeito Hall: um que fornece saída analógica e outro digital. O sensor analógico é composto por um regulador de tensão, um elemento Hall e um amplificador. Do esquema do circuito, podemos ver que a saída do sensor é analógica e proporcional à saída do elemento Hall ou à intensidade do campo magnético. Estes 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, "LIGADO" ou "DESLIGADO". Estes sensores têm um elemento adicional, como ilustrado no esquema do circuito. Esse é o Trigger de Schmitt, que fornece histerese ou dois níveis de limiar diferentes, de modo que a saída é alta ou baixa. Para mais detalhes sobre como funciona o Trigger de Schmitt, pode consultar o meu tutorial específico sobre isso.

Um exemplo deste tipo de sensor é o interruptor de Efeito Hall. São frequentemente usados como interruptores de fim de curso, por exemplo em impressoras 3D e máquinas CNC, bem como para deteção e posicionamento em sistemas de automação industrial.

Outras aplicações contemporâneas destes sensores são a medição de velocidade de roda/rotor ou RPM, bem como a determinação da posição do virabrequim ou veio de cames em sistemas de motor. Estes sensores são compostos por um elemento Hall e um íman permanente que são colocados perto de um disco dentado acoplado ao eixo rotativo.

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