Sensores de Efeito Hall: Princípios, Aplicações e Projeto

O efeito Hall leva o nome de Edwin Hall, que descobriu em 1879 que quando um campo magnético atravessa uma placa condutora percorrida por corrente, numa direção perpendicular ao plano da placa, surge uma diferença de potencial (tensão) nas laterais da placa. A força de Lorentz, mostrada no painel superior, é o princípio físico subjacente. Quando um elétron se move perpendicularmente ao campo magnético aplicado B, sofre a força de Lorentz, perpendicular tanto ao campo quanto ao fluxo de corrente.

Um sensor de efeito Hall (ou simplesmente sensor Hall) detecta a presença e a amplitude de um campo magnético usando esse efeito. A tensão de saída do sensor é proporcional à intensidade do campo. Neste artigo, você aprenderá definição, aplicações, diagrama, princípio de funcionamento, vantagens e desvantagens do sensor de efeito Hall.

O que é um sensor de efeito Hall?

Um sensor magnético é uma forma de sensor de efeito Hall. É um transdutor que responde a variações no campo magnético alterando sua tensão de saída. É um dispositivo eletrônico que detecta o efeito Hall e converte suas medições em dados eletrônicos, que podem ligar/desligar um circuito, medir campo magnético flutuante, ser processados por computador integrado ou exibidos em interface.

Quando um ímã é colocado perpendicular a um condutor percorrido por corrente, os elétrons no condutor são empurrados para um lado, criando diferença de potencial (tensão). A presença e amplitude de um campo magnético próximo a um condutor são assim indicadas pelo efeito Hall.

Aplicações do Sensor de Efeito Hall

• Detecção de proximidade, posição, velocidade e corrente
• Medição de velocidade de rodas e eixos (tacômetros, sincronismo de ignição em motores de combustão interna)
• Detecção da posição do ímã permanente em motores DC brushless
• Substituição de chaves fim-de-curso mecânicas por detecção de elemento móvel
• Indexação de movimento rotacional ou translacional

Diagrama de um sensor de efeito Hall

[Inserir diagrama: placa semicondutora, corrente I, campo magnético B perpendicular, tensão Hall V_H nas laterais]

Princípio de Funcionamento

No funcionamento, uma fina placa retangular de semicondutor tipo-p (arseneto de gálio GaAs, antimoneto de índio InSb, ou arseneto de índio InAs) percorrida por corrente contínua forma o sensor. Ao ser colocado em campo magnético, as linhas de fluxo exercem força no material, desviando portadores de carga (elétrons e lacunas) para os lados da placa. A força magnética faz os portadores migrarem lateralmente.

O acúmulo de portadores cria diferença de potencial entre os dois lados do semicondutor. A presença de campo magnético externo perpendicular ao material afeta a passagem de elétrons, efeito mais intenso em material plano retangular. O Efeito Hall é o uso de campo magnético para gerar tensão mensurável.

As linhas de fluxo magnético devem ser perpendiculares (90°) ao fluxo de corrente e ter polaridade correta (geralmente polo sul) para gerar diferença de potencial. O efeito Hall revela o tipo de polo magnético e a intensidade do campo. Ex.: polo sul gera tensão de saída; polo norte não tem efeito. Sem campo magnético, sensores e chaves Hall ficam "DESLIGADOS" (circuito aberto). Expostos a campo de força e polaridade adequados, ligam ("FECHADOS", circuito fechado).

Assista ao vídeo para saber mais sobre o sensor de efeito Hall:

[Inserir vídeo]

Vantagens e Desvantagens do Sensor de Efeito Hall

Vantagens

• Relativamente barato comparado a chaves eletromagnéticas
• Opera em alta frequência
• Versátil: deslocamento, posição, proximidade
• Robusto e durável, suporta ambientes adversos
• Resistente a contaminação por umidade — ideal para várias aplicações
• Sem problema de bounce de contato (chattering)

Desvantagens

• Devido a desalinhamento de contato no elemento Hall e efeitos piezorresistivos, o sensor pode enfraquecer

Conclusão

Um sensor de efeito Hall detecta presença e amplitude de campo magnético; sua tensão de saída é proporcional à intensidade do campo. Neste artigo, discutimos definição, aplicações, diagrama, funcionamento, vantagens e desvantagens.

Espero que tenha aprendido bastante. Se gostou, compartilhe com outros estudantes. Obrigado pela leitura, até a próxima!