Efeito HALL produzido por sensores de posição linear e de rotação

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

Nesta 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 gerada 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.