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  5. Efeito HALL produzido por sensores de posição linear e de rotação

Efeito HALL produzido por sensores de posição linear e de rotação


REMOVER SUBTITULO MATERIA NÃO PUBLICADA

Humberto José Manavella
12 de agosto de 2013

São sensores que, paulatinamente, estão substituindo os sensores resistivos de posição linear, principalmente, em aplicações que requerem confiabilidade como, por exemplo, em sistemas de acelerador eletrônico e transmissões automatizadas

manavella01manavella02Nesta edição será analisado o funcionamento dos sensores de posição linear e de rotação baseados no efeito Hall. Quanto ao Sensor de Posição Linear, verifica-se que, posicionando um sensor HALL próximo de um ímã solidário a um dispositivo que se movimenta, é possível medir uma tensão proporcional a distância que separa o dispositivo do sensor ou à orientação (ângulo) do dispositivo com relação ao sensor.

A análise do funcionamento como sensor de posição linear é feita utilizando a figura 1. Geralmente, nestes sensores, o elemento Hall é fixo e o ímã, solidário ao dispositivo cuja posição (deslocamento linear) se deseja determinar. 

- Na figura 1a o ímã está deslocado para a esquerda de forma que o campo magnético B incide no elemento Hall segundo a orientação da seta. Como resultado, a tensão Vh é máxima positiva.

- Na figura 1b o ímã está na posição intermediária de forma que o campo magnético B resulta paralelo ao elemento Hall. Como resultado, a tensão Vh é nula.

- Na figura 1c o ímã está deslocado para a direita de forma que o campo magnético B incide no elemento Hall segundo a orientação da seta. Como resultado, a tensão Vh é máxima negativa.

A figura 2 apresenta o gráfico com a onda de tensão Vh manavella03manavella04manavella05manavella06gerada pelo elemento Hall, em função da posição relativa do ímã. O exemplo corresponde ao caso de um ímã de 1 cm de comprimento.

- Na figura 3a o ímã está deslocado para a direita com o polo S na frente do elemento Hall com o que o campo magnético B incide perpendicularmente ao plano do elemento e com o sentido que gera a máxima tensão Vh positiva. (ponto [a] na figura 2)

- Na figura 3b o ímã está posicionado de forma que os polos resultam equidistantes do elemento Hall. Com isto, o campo magnético B resulta paralelo ao plano do elemento. Como resultado, a tensão Vh é nula. (ponto [b] na figura 2)

- Na figura 3c o ímã está deslocado para a esquerda com o polo N na frente do elemento Hall com o que o campo magnético B incide perpendicularmente ao plano do elemento e com o sentido que gera a máxima tensão Vh negativa. (ponto [c] na figura 2)

Reparar que nas situações em que o ímã se desloca além das posições [a] e [b] (tensões máximas) a tensão Vh diminui até se anular (pontos [x]). Isto é resultado da diminuição da intensidade de campo magnético percebida pelo elemento Hall.

Observar também que a linearidade da onda de tensão para posições entre os pontos máximos é o que define o intervalo de deslocamento mais apropriado para detecção de deslocamento. Ou seja, onde a informação do sensor é precisa. Reparar que este intervalo é aproximadamente igual ao comprimento do ímã. No caso do exemplo, +/-0,5 cm de deslocamento da posição central do ímã com relação ao elemento Hall. Assim, para a correta detecção de deslocamentos maiores, deve aumentar-se o comprimento do ímã.

Sensor de Rotação

As figuras apresentam a aplicação do efeito Hall em sensores de rotação.

Na figura 4 o anel imantado é solidário ao eixo cuja rotação se deseja medir. Assim que o eixo gira, a alternância de polaridade N-S provoca a inversão do sentido do fluxo magnético e com isto, a variação da tensão gerada pelo elemento Hall a qual, processada pelo amplificador e circuito eletrônico associado, resulta no sinal de saída Vs.

Na figura 5 o elemento Hall, posicionado entre a roda fônica e o ímã (interno ao sensor), forma com estes um circuito magnético. Nesta configuração, o campo magnético permanentemente atravessa o elemento Hall que gera assim, uma tensão Vh mínima. A passagem de um dente na frente do elemento provoca a variação de relutância do circuito magnético, que intensifica o campo que atravessa o elemento. Como resultado, a tensão Vh aumenta. Processando a tensão Vh, o amplificador e circuito eletrônico associado, geram o sinal de saída Vs como mostrado na figura 4.

A figura 6 apresenta o caso do sensor de rotação utilizado em sistemas de ignição com distribuidor (veículos da Autolatina, por exemplo). Nesta configuração, ao girar, o rotor de material ferro-magnético, interpõe uma aba ou uma janela entre o ímã e o elemento Hall.

- A presença de uma janela, permite que o campo magnético incida perpendicularmente no elemento Hall o que gera a tensão Vh.

- A presença de uma aba, pelo contrário, bloqueia o campo magnético pelo que a tensão Vh resulta nula.

Um circuito eletrônico, similar àqueles das figuras 4 e 5 processa a tensão Vh gerando o sinal pulsado de saída como mostra a figura 4.

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