Utilizando en detector de efecto hall.

Después de haber desmontado un puñado de motores hemos conseguido un puñado de sensores. ¿Para que sirven?. ¿Como se usan?.  ¿Cuales son sus características técnicas?.

Como no conocemos las características algunos cacharritos que hemos obtenido tendremos que medirlas o calcularlas. Si no no serán de ninguna utilidad. Para comenzar sabemos que el detector de efecto hall de usa en configuración puente de wheatstone. Vamos a montar el puente de wheatstone con un detector de un motor de video y a ver que voltios da de salida al acercar un imán.

 Este es el montaje de pruebas (yo no uso CAD, uso MAD, Manual Aided Design).

El rectángulo punteado es el dispositivo de efecto hall. La resistencia R es la limitadora de corriente. Comenzaremos con una de 4K7, pero podemos bajarla de valor, controlando la corriente que circula, y observar el resultado. Alimentaremos el circuito a 5V . En V podemos ver el voltaje que resulta al aproximar el imán. La resistencia RO no es necesaria, ya que la corriente de salida es pequeñísima debido a la alta impedancia de entrada de V, pero yo he colocado una de 4K7 para pruebas. El campo magnético S-N lo generaremos con un imán obtenido de la cabeza de lectura de un dvd.

Este es el montaje real:

En esta imagen está el circuito alimentado a 5 Voltios y la resistencia R es de 220 Ohmios. Los elementos del montaje son:

  1. Puntas de prueba de conexión al voltímetro.
  2. Pinzas de alimentación. Usaremos 5V de una fuente de laboratorio. Sirven otras tensiones, ajustando la resistencia limitadora en consecuencia. En serie se encuentra el miliamperímetro.
  3. Puntas de prueba de conexión al amperímetro.
  4. Dispositivo de efecto hall.
  5. Resistencia limitadora de corriente R. Es la resistencia que variaremos para hacer pruebas.
  6. Resistencia opcional RO. No es necesaria.
  7. Imán de pruebas.
  8. Tester. Lo usaremos como voltímetro V. 
  9. Otro tester, usado como miliamperímetro mA.

Ahora vamos a probar con distintas corrientes de alimentación del circuito:

Observamos que la relación corriente de salida - tensión de salida, para el mismo imán a la misma distancia, NO el LINEAL. Con R=100 Ohmios y R=56 Ohmios la corriente aumenta, pero la tensión de salida no. El dispositivo está saturado. 

Para dejar un margen de seguridad y no sobrecargar el circuito, usaremos una R=220 Ohmios que da bastante voltaje de salida con poco consumo.

En la imagen superior: 6,88 mA de corriente y 1,306 V de salida con el imán sobre el sensor. R=220 Ohmios.

Ponemos el imán al revés, con la otra cara sobre el sensor. Ahora nos da -1,29 V, es correcto, al invertir el campo magnético se invierte la polaridad de salida. Continuamos con R=220 Ohmios.

Probamos con otro imán, uno de un disco duro.

Observamos que es lo mismo. El pequeño imán que usamos al principio ya saturaba el dispositivo, uno más grande no aumenta la salida.

Podríamos hacer más pruebas, pero creo que no es prudente subir la corriente del circuito a más de 10ma. Podemos incluso hacer una curva "corriente de alimentación - tensión de salida" e interpolar los puntos que nos faltan. También podemos hacer una curva "distancia del imán - tensión de salida".

Hemos podido averiguar una corriente de alimentación aceptable (7,1 mA) para el circuito y qué tensión de salida (1,26 V) bastante alta para ser detectada, ante la presencia de un determinado campo magnético. Con esto ya podemos utilizar el dispositivo en la práctica. Podemos usar un amplificador operacional como comparador para generar una señal digital utilizable por un micro, o dejar que el micro lea la señal analógica y la utilice (si tenemos entradas analógicas diferenciales en el micro).

También es interesante localizar los imanes que van a proporcionar el campo magnético que queremos detectar. Pueden obtenerse de los rotores de los motores brushless de disqueteras o videos, de la puerta de las neveras... Claro que también tendremos que conocer sus características. En este caso lo que más nos interesa la distribución de los polos. La intensidad del campo magnético que generan es secundario, porque los detectores son de mucha sensibilidad.

Para "ver" la distribución de polos usaremos el sistema clásico de las limaduras de hierro. Cogemos un imán potente y lo envolvemos en un papel. Lo pasamos a unos milímetros del banco de trabajo y (si hemos estado cortando o limando hierro) obtendremos un montón de limaduras pegadas en él. Si no, a limar un trozo de hierro. Despegamos las limaduras del papel sacando el imán de su interior y las recogemos en otro papel.    

En la foto superior las limaduras de hierro y un imán de una disquetera de 5 y1/4 pulgadas. repertimos las limaduras uniformemente por el papel y colocamos debajo, con cuidado, el imán. Sacudimos un poco (paciencia y páctica). También podemos espolvorear las limaduras con cuidado sobre el papel mientras el imán está debajo.

Esta es una imágene de como se distribuyen las limaduras. Las zonas donde se acumulan las limaduras son las uniones entre polos, que es donde el cambo magnético es más fuerte. Donde no hay apenas limaduras es en los centros de los imanes. Podemos contar 8 pares de polos. Los nombres de los polos N y S los he puesto de forma arbitraria, podrían ser al revés. Necesitaríamos un patrón para saber cual es cual.

Este otro imán da esta otra figura. También hay 8 polos. Podemos usar imanes de plástico flexibles, como los de las neveras, que se pueden cortar. 

El que tengamos pocos elementos polares no significa que tengamos poca resolución. Si usamos el sensor con un comparador en modo digital solo detectaremos polo N (1, por ejemplo) o polo S (0). Pero si lo utilizamos de forma analógica tenemos una salida de voltaje proporcional a la posición: polo N = +V, centro del imán = 0V, polo S = -V. Dependiendo de la resolución del convertidor podemos tener 1024 (para 10 bit) posiciones por cada uno de los 8 imanes. Podemos fabricar un encoder de mucha precisión. Con imanes lineales podremos hacer encoders  lineales.

El resto queda a la imaginación, y necesidad, de cada uno. También se puede comprar un encoder directamente, pero tiene menos gracia.

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