Simplificate 2.0

Inductor amplificador de campo.

Una de las formas de medir corrientes usando un microprocesador es usar un sensor de efecto Hall, este tipo de sensores son sensibles a las variaciones del campo magnético que lo atraviesa, generando un voltaje en su salida equivalente a la influencia magnética que lo circula, es el tipo de sensor usado en las pinzas amperimetricas industriales para medir tensiones en corriente continua.

Lo mejor que tienen es que son relativamente sensibles, por lo que se pueden medir corrientes de 0,5 Amperios con aproximada precisión ( no es muy preciso debido a muchas circunstancias) pero si que te haces una idea de la corriente que circula por el conductor.

El principio físico que rige el funcionamiento de este sensor es muy muy simple, toda carga eléctrica que se desplaza por un medio (un cable por ejemplo) en presencia de un campo magnético es desviado hacia alguna dirección por las fuerzas del electromagnetismo, la misma fuerza que mueve los motores eléctricos, en esta imagen se ve claro como el agua.

Se aprecia que los electrones,en la imagen las bolas azules, al pasar por la placa que esta intercalada entre los dos imanes son lanzados hacia arriba, generando así una diferencia de tensión entre la parte de abajo de la placa y la de arriba, si la medimos podemos saber cuanta fuerza hace el campo magnético sobre los electrones, esto es un calculo muy complicado, y gracias a la tecnología el sensor lo hace por nosotros y nos lo da ya en forma de voltaje.

El componente:

Sensor de efecto Hall, barato que estamos en crisis.

 Más datos:

Primer párrafo del Datasheet, nos dice que este modelo el 1301 genera 2,5 mV por Gauss.

En el Datasheet podemos ver en el primer párrafo que este modelo de sensor genera en la salida un voltaje de 2,5 mV por Gauss “notados”, así que ya sabemos que equivalencia tiene entre voltaje y Gauss recibidos.

2,5 mV ==> 1 Gauss.

En el Datasheet podemos ver los datos magnéticos relativos al sensor, explicado:

• Quiescent Output Voltage: Voltaje cuando no se “siente” ningún campo magnético, el valor normal es 2,5 Voltios, pero puede variar 0,1 arriba o abajo de este centro.
• Quiescent Output Voltage over operating temperature: La desviación del voltaje en reposo ( sin sentir campo alguno B= 0) en relación a la variación de temperatura .
• Magnetic Sensitivity: Sensibilidad magnética del sensor, según esto, cada 2,5 mili Voltios que varié la salida con respecto a el valor en reposo ( para B=0 ) representa 1 Gauss.
• Magnetic Sensitivity over Operating Temperature Range: Variación de la sensibilidad magnética con respecto a la variación de temperatura.

Como se usa:

Una vez que sabemos los parámetros de uso del componente tenemos que experimentar con el, para ello lo montamos en una placa de pruebas según el Pin-Out del componente.

Pin-Out del componente.

Componente montado en placa de prueba, se pone un condensador entre VCC y GND de desacoplo de interferencias, el valor no es nada relevante, vamos que el que te de la gana.

El componente esta doblado hacia arriba para meterlo en el centro de la bobina que he fabricado y que quede la cara del sensor perpendicular a la bobina, esto es importante por que el sensor detecta solo el campo magnetico que lo atraviesa de frente.

La bobina es necesaria por que los campos magnéticos generados por un conductor ( un cable solo que pase cerca ) es tan pequeña que necesita ser amplificado para que lo sienta el sensor, esto se hace enrollando un hilo conductor en forma de bobina, ya que al enrollarlo los campos magnéticos se van sumando hasta que el valor sea lo suficientemente grande.

La parte fea, calcular la bobina.

Bueno más tarde o más temprano tenia que pasar, tenemos que calcular la bobina aunque sea aproximadamente, yo me he hecho un calculador usando un excel para no comerme mucho el conocimiento, os lo paso a continuación: http://www.box.com/s/a81923313ae24626f512

Calculador de bobinas “made in Simplificate 2.0″

La imagen habla por si sola, yo recomiendo que uséis el calculador avanzado, el de debajo de todo, donde directamente solo tienes que poner que intensidad máxima vas a medir, cuantos Gauss quieres que sea la intensidad máxima ( realmente aquí yo pondría el máximo que soporte el sensor, normalmente 500 Gauss), una vez introduces los datos el calculador te dirá el numero de vueltas que tienes que darle a la bobina, yo use para hacer la bobina un trozo de tubo de plástico que tenia por aquí aburrido.

El resultado.

El resultado se ve en las siguientes imágenes, si vas a probar tu en tu casa asegúrate de que el sensor este bien centrado en el tubo, tanto en la longitud como en profundidad por que el mayor campo magnético se da en el centro justo de la bobina y es donde nos interesa que mida el sensor en el máximo campo magnético.

La bobina terminada, una vez le des las vueltas usa fixo y la dejas fijada en su sitio.

El sensor bien centrado en la bobina.

Sensor bien centrado en la bobina.

 Encendemos el polímetro y el sensor Hall.

Tensión en reposo del sensor.

 Aplicamos corriente a la bobina, recomiendo usar una pila.

Se aplican 0,62 Amperios a la bobina.

Y el sensor nos dice que detecta un campo magnético equivalente a…

Nos devuelve 2,92 Voltios, 3,08 – 2,92 = 0.16

Me gustaría tener un polimetro más sensible pero por desgracia es el que tengo y el amperimetro ya habéis visto que es un polimetro de los chinos, así que no espero gran precisión pero lo suficiente para hacerme una idea de lo que estoy midiendo.

Para convertir esta medida en Amperios la formula es la siguiente:

A tener en cuenta, un Gauss son 2,5 Mili Voltios así que cogemos la medida que nos ha dado el voltimetro y lo dividimos por 2,5 Mili Voltios.

Una vez que tenemos los Gauss debemos convertirlos a Teslas, ya que la formula espera teslas.

Ya tenemos Teslas, solo sustituir en la ecuación:

Seguro que alguien se da cuenta de que el amperimetro decía 0,62, ¿como puede ser que se haya desviado tanto?, pues es por que el voltimetro la escala que tiene es muy grande y no es capaz de medir correctamente hasta los milivoltios, tener en cuenta que la medida era 0,16 voltios… pero detras del 6 aun entra mucho, de hecho entran 5 Gauss completos, podria ser 0,160, 0,162, 0,165 ó 0,167, así que el error relativo de la medida es de 5 Gauss.

Si eres un poco vago ( como yo ) puedes usar el calculador, rellenas arriba los datos y te devuelve el resultado tal cual.

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