¿Qué son los sensores magnéticos de efecto Hall?

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Los sensores magnéticos son una solución para una amplia variedad de aplicaciones, sin embargo, antes de adquirir un ejemplar deben saber que existen diversos tipos. Uno de ellos, es el sensor de efecto Hall, el cual se en sistemas automotrices para detectar factores como posición, distancia y velocidad. Vale la pena que lo conozcan mejor para determinar si es o no el más conveniente para su aplicación particular.

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Todo lo que deben saber sobre los sensores de efecto Hall

Los sensores magnéticos han ayudado a la humanidad a analizar y controlar miles de funciones durante muchas décadas. Las computadoras presentan una memoria casi ilimitada gracias a su uso en discos de almacenamiento magnético y unidades de cinta. Los aviones pueden alzar el vuelo con estándares de seguridad más altos debido a la alta confiabilidad de la conmutación sin contacto que ofrecen los sensores. Los automóviles los utilizan también para determinar la posición en varios lugares, como el cigüeñal del motor y el frenado de las ruedas.

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Las fábricas tienen una mayor productividad debido a la estabilidad y al bajo costo que proporcionan. Un tema común en todas las aplicaciones es que se trata de una tecnología muy resistente, confiable y libre de mantenimiento. Sin embargo, no todos los sensores de este tipo son iguales, ya que abarca diversos subtipos. Probablemente se encuentren en búsqueda de un dispositivo que les ayude a detectar campos magnéticos cercanos, para utilizarlo a manera de interruptor sin contacto, aplicaciones en las que sea indispensable proteger líquidos, etcétera. Si es así, apuesten por los sensores de efecto Hall, los cuales si son usados con imanes de neodimio, pueden sacarle mucho provecho.

Presentan una conexión bastante sencilla, además, sus componentes electrónicos son asequibles, lo que los vuelve una opción que cualquiera puede usar, incluso para funciones en áreas domésticas. Su nombre se debe a su descubridor: Edwin Hall. Fue el primero en notar que el magnetismo y la electricidad pueden trabajar juntos para la movilización de objetos. Los sensores utilizan este principio de funcionamiento para convertir información codificada magnéticamente en señales eléctricas.

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¿Pero en qué consiste el efecto Hall? Se trata de un fenómeno físico que sucede cuando en el interior de un conductor a través del cual circula un campo magnético, se presenta un campo eléctrico por separación de las cargas eléctricas. El campo eléctrico, conocido como campo Hall, poseerá componente perpendicular a la componente perpendicular del campo magnético aplicado y al movimiento de las cargas. De esta manera, es posible la detección de los campos magnéticos.

¿Cómo funcionan los sensores magnéticos de efecto Hall?

Cuando una corriente eléctrica fluye a través de cualquier material, los electrones dentro de la corriente se mueven naturalmente en línea recta, y la electricidad crea su propio campo magnético a medida que se carga. Si el material cargado eléctricamente es colocado entre los polos de un imán permanente, los electrones, en vez de desplazarse en línea recta, se desviarán en una trayectoria curva a medida que se mueven a través del material. El fenómeno ocurre porque su propio campo magnético reacciona al campo de contraste del imán permanente. Lo que resulta de este nuevo movimiento curvo, es que más electrones se encontrarán en un lado del material cargado eléctricamente. Aparecerá así una diferencia de voltaje potencial a través del material en ángulo recto con el campo magnético, tanto del flujo de la corriente eléctrica como del imán permanente.

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Los sensores de proximidad magnéticos de efecto Hall operan por medio de la medición del voltaje cambiante, cuando el dispositivo es colocado en un campo magnético. En otras palabras, cuando detectan que están insertos en un campo magnético, pueden detectar la posición de los objetivos. Poseen imanes, los cuales se activan por la presencia de un campo magnético externo, asimismo, pueden detectar cuando los objetivos se desplazan de manera cercana o lejana, únicamente mediante las diferentes fuerzas del campo magnético.

Pongamos un ejemplo sencillo para explicar su funcionamiento: si se coloca el sensor de efecto Hall en el marco de una puerta y un imán en la puerta, puede detectar cuando es abierta o cerrada gracias a la presencia del campo magnético. Los campos magnéticos presentan dos características de suma importancia: la densidad de flujo, que hace referencia a la cantidad de flujo que pasa por una zona unitaria, y la doble polaridad de los imanes.

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La señal de salida de los sensores representa la densidad del campo a su alrededor. Los dispositivos poseen un umbral preestablecido, el cual al ser excedido por la densidad del flujo magnético, hace que detecten el campo mediante la generación de una salida conocida como “Voltaje Hall”. Todos los sensores de efecto Hall poseen en su interior una pieza delgada hecha de material semiconductor, que pasa a través de sí una corriente eléctrica continua para producir un campo magnético.

Si se colocan cerca de un imán externo, el flujo magnético ejerce una fuerza sobre el material semiconductor, lo que provoca un movimiento de electrones, genera un voltaje Hall mensurable y activa los sensores magnéticos de efecto Hall. El voltaje Hall de salida es directamente proporcional a la intensidad del campo magnético que pasa por el material semiconductor. Su tamaño es comúnmente pequeño (se presenta en microvoltios), sin embargo, con ayuda de diversos dispositivos de efecto Hall, por ejemplo amplificadores de CC, reguladores de voltaje y circuitos de conmutación lógica, puede mejorarse la sensibilidad y eficacia de los sensores.

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Pueden encontrar dos tipos distintos en el mercado:

  • Analógicos. Consisten en sensores básicos, con una salida encargada de proporcionar una señal proporcional a la intensidad del campo que captan, por lo que son similares a otros como los sensores de tensión o temperatura.
  • Digitales: Se trata de dispositivos más básicos que los analógicos, debido a que no entregan salidas proporcionales al campo, sino un valor alto de tensión hay un campo o bajo si no existe. No pueden utilizarse para la medición de campos magnéticos, al igual que los analógicos, solo para detectar su presencia. Pueden dividirse en dos subcategorías:
  1. Su activación se da con el acercamiento de un polo y mantienen su valor de salida hasta que el polo contrario es acercado.
  2. Su desactivación se da al retirar el polo y la salida no es mantenida con ello. Para que la salida cambie no se requiere acercar el polo opuesto.

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