Hall efektuko sentsore

Hall efektuko sentsorea edo Hall sentsorea/zunda (Edwin Herbert Hallek jarri zion izena) Hall efektuaz baliatzen da eremu magnetikoak edo korronteak neurtzeko edo duen posizioa zehazteko. Hall sentsore batetik korrontea badoa eta sentsorera bertikalean doan eremu magnetiko batera hurbiltzen bada, sentsoreak eremu magnetikoaren eta korrontearen indarraren biderkadurarekiko proportzionala den tentsio irten bat sortzen du. Korrontearen balioa ezagutuz gero, eremu magnetikoaren indarra kalkula daiteke; eremu magnetikoa haril edo eroale batetik dabilen korrontearen bidez sortzen bada, eroalean edo harilean dagoen korrontearen balioa neur daiteke.

Eremu magnetikoaren indarra eta korrontea ezagunak badira, Hall sentsorea erabil daiteke metalen detektagailu gisa.

 Funtzionamendu-printzipioak 

 Hall efektua 
Korronte elektriko (i) bat zirkulatzen ari den elementu eroale edo erdieroale batean, kargen mugimenduarekiko perpendikularra den eremu magnetiko (B) bat badago, karga-bereizketa bat agertuko da. Horren ondorioz, eremu elektriko bat sortuko da materialaren barruan, kargen mugimenduarekiko eta aplikatutako eremu magnetikoarekiko perpendikularra; hau da, materialaren bidez isurtzen den korronte elektrikoarekiko tentsio perpendikularra sortuko da. Tentsio horri Hall tentsio deritzo.

Hall efektuko sentsorea aurreko efektuan oinarritzen da. Horren bidez, eremu magnetikoak edo korronteak neurtzen dira eta objektu ferromagnetiko baten posizioa zehaztuko ahalko da. Sentsore hori elementu eroale edo erdieroale batek eta iman batek osatzen dute.

 Sentsorearen funtzionamendua 
Hall sentsore batetik korrontea dabilenean, sentsorera bertikalean doan eremu magnetiko batera hurbiltzen bada, sentsoreak tentsio bat sortuko du, korrontearen indarraren eta eremu magnetikoaren biderkaduraren proportzioan.

Korrontearen balioa ezaguna denean, eremu magnetikoaren indarra kalkulatu ahal izango da; eremu magnetikoa elementu eroale edo haril batetik dabilen korrontearen bidez sortzen bada, korronteak horietan duen balioa neurtu ahal izango da.

Bestalde, objektu ferromagnetiko bat sentsorera hurbilduz gero, elementuak imanean eragindako eremua ahuldu egingo du. Horrela burdinazko objektu baten hurbiltasuna zehaztuko ahalko da.

 Hall tentsioaren azalpen teorikoa 
Erdieroale batean Hall tentsioaren noranzkoa, korronte maioritarioko eramaile-motaren araberakoa, eta p edo n batentzako zeinu desberdinekoa izango da. Hori kalkulatzeko, Lorenzen formula (F = qv x B) erabiltzen da. Indar hori eramaile nagusien gainean agertzen da, kargak gainazalean metatzea lortuz eta tentsio bat sortuz (Hall VH tentsioa) eramaileen eta eremu magnetikoaren indarra orekatzeko.

Tentsio hori hainbat faktoreren araberakoa izango da, hala nola materialaren lodiera (t), korronte primarioa (I), eremu magnetikoa (B), eramaileen mugikortasuna eta karga-dentsitatea. Horiek erlazionatzeko, Hallen koefizientea erabiltzen da: AH = VH* t / I*B

Koefiziente horrek ez du errealitatea erakusten, presioa edo tenperatura bezalako faktoreak baztertzen direlako. Horregatik, praktikan honako adierazpen hau erabiltzen da: VH = VH(B) +VH(I) + VH(p) +VH(T)

 Osagaiak eta motak/Formatuak 
Hall sentsoreak erdieroaleen plaka finetatik sortzen dira, bertan karga-eramaileen dentsitatea txikia delako eta, horregatik, elektroien abiadura altua da, Hallen tentsio handia lortzeko. Formatu tipikoak hauek dira:

 Forma angeluzuzena
 Tximeleta forma
 Gurutzearen forma

Hall sentsorearen elementuak, oro har, seinalea anplifikatu eta tenperatura konpentsatzen duen zirkuitu integratu batean integratzen dira.

Funtzioaren arabera, bi sentsore mota ezagutzen dira:

 Analogikoak: Oinarrizko sentsoreak dira, tenperatura sentsoreen, tentsio sentsoreen eta elektronikaren arloko beste sentsore ohikoen antzekoak. Irteera-pinak seinale bat ematen du, atzematen ari den eremu magnetikoaren intentsitatearekiko proportzionala. Irteera-balioen tarte bat igortzen dute: 0-5 V edo 4-20 mA.

 Digitalak: Sentsore hauek aurrekoak baino oinarrizkoagoak dira, ez diote eremuari proportzionala den irteerarik ematen. Bi irteera logiko mota baino ez ditu; altua edo baxua, eremu magnetikoa dagoen ala ez kontuan hartuta. Hauek ezin dira erabili eremu magnetikoak neurtzeko, haien presentzia detektatzeko baino ez dute balio. Bi azpikategoria daude irteeraren arabera:
 Bipolarrak (Lath): Kasu honetan, eremu magnetiko positibo bat dagoenean aktibatzen dira irteerak, eta eremu magnetiko negatibo bat aplikatzean desaktibatzen dira. Laburbilduz, irteera logiko desberdin bat igortzen dute, detektatutako eremu magnetikoaren polaritatearen arabera.
 Unipolarrak (Switch): Irteera hego polo magnetiko bat dagoenean aktibatuko da eta imana kentzen denean itzaliko da; hau da, eremu magnetikoaren polaritate mota bakar batean oinarritutako irteera logiko bat igorriko dute.

 Aplikazioak 
Etengailu bitar gisa erabiltzen diren Hall sentsoreen aplikazio industrial ohikoenetako bat posizioa detektatzea da. Hall sentsoreak eskuilarik gabeko korronte zuzeneko motorretan ere erabiltzen dira errotorearen posizioa detektatzeko eta sekuentzia egokian transistoreak aldatzeko. Hall efektuko posizio-sentsore baten beste adibide bat telefono adimendun baten estalkia itxita dagoen detektatzeko erabilitako sentsorea da.

Hall sentsoreak korronte zuzeneko kontakturik gabeko neurketetarako erabil daitezke korronte-transformadoreetan. Kasu horretan, Hall sentsorea nukleo magnetikoko espazio batean muntatzen da gaur egungo eroalearen inguruan. Ondorioz, korronte zuzeneko (DC, Direct Current) fluxu magnetikoa neur daiteke, eta korronte zuzena (DC, Direct Current) kalkula daiteke eroalean.

Hall sentsoreak automobiletarako erregai-mailaren adierazle batzuetan erabiltzen dira. Sentsorea elementu flotatzaile batek erregai-deposituaren barruan duen posizioa detektatzeko erabiltzen da.

Ordenagailu-teklatuetarako Hall efektuko etengailuak 1960ko amaieran garatu zituzten Everett A. Vorthmannek eta Joseph T. Maupinek Honeywellen. Fabrikazio-kostu handiak zirela eta, teklatu horiek fidagarritasun handiko aplikazioetarako gordetzen ziren, hala nola aeroespazialerako eta militarrerako. Produkzioaren kostuak gutxitu diren heinean, eskuragarri dauden kontsumo-ereduen kopuruak gora egin du.

Hall sentsoreak transduktore linealak dira. Sentsore horiek zirkuitu lineal bat behar dute sentsorearen irteera-seinalea prozesatzeko. Zirkuitu honek sentsoreari eragiteko tentsioa ematen dio eta irteera-seinalea anplifikatzeko erabiltzen da. Kasu batzuetan, zirkuitu linealak Hall sentsoreen konpentsazio-tentsioa bertan behera utz dezake. Gainera, eroanbide-korrontearen korronte alterno (AC, Alternating current) modulazioak konpentsazio-tentsio horren eragina ere murriztu dezake.

Transduktore linealak dituzten Hall sentsoreak elektronika digitalarekin integratzen dira. Horri esker, zuzenketa aurreratuak egin daitezke sentsorearen ezaugarrietan (adibidez, tenperatura-koefizientearen zuzenketak) eta interfaze digitalean, mikroprozesadore-sistemekin. Hall zirkuitu integratuko (IC, Integrated circuit) sentsore batzuetan seinale digitalen prozesamendu (DSP, Digital signal processing) bat integratzen da, zuzenean sentsorearen paketearen barruan prozesatzeko teknika gehiago ahalbidetu ditzakeena. Hall sentsorearen fasearteek sarrera-diagnostikoak, baldintza iragankorretarako akatsen aurkako babesa eta zirkuitulaburrak/zirkuitu irekiak detektatzea izan ditzakete. Halaber, Hall sentsoreari korrontea eman eta monitoriza diezaioke. Doitasuneko zirkuitu integratuko produktuak daude ezaugarri horiek maneiatzeko. Adibidez, ESP32 eta antzeko mikrokontrolagailu batzuek Hall sentsore integratu bat zuten (2023an kendu zuten, V4.9 2023), mikrokontrolagailuaren barneko bihurgailu analogiko-digitalak irakur zitzaketenak.

Hall zunda gailu bat da, eremu magnetiko baten indarra zuzenean neurtzeko kalibratutako Hall efektuko sentsore bat erabiltzen duena. Eremu magnetikoek norabide eta magnitude bat dutenez, Hall zunda baten emaitzak zundaren orientazioaren eta posizioaren araberakoak dira.

Hall sentsoreek ere aplikazio esanguratsua aurkitu dute joko-kontrolatzaileetan, batez ere palanka eta gatilu-mekanismoetan. Hall efektua erabiltzerakoan, sentsore horiek kontakturik gabeko neurketak egiten dituzte, kontrolatzailearen osagaien posizioa eta mugimendua zehazten dituztenak. Horrek sarrera zehatza, leuna eta latentziarik gabea ahalbidetzen duenez, erabiltzailearen joko-esperientzia nabarmen hobetzen du. Gainera, Hall sentsoreen iraunkortasunak eta pieza mekanikoen faltak higadurarekiko erresistenteago bihurtzen dituzte potentziometroetan oinarritutako irtenbide tradizionalekin alderatuta, horrela kontrolatzaileak denbora gehiago irauten du. Joko-kontrolatzaileetan Hall sentsoreak gero eta gehiago ezartzeak joko-gailu modernoen funtzionaltasuna eta fidagarritasuna hobetzeko funtsezko eginkizuna azpimarratzen du.

 Datuak 
Sentsibilitatea milivolt gausseko (mV/G)  neurtzen da normalean.

Non: 1 tesla = 10000 gauss (1 G = 10 – 4 T).

 Erreferentziak 

 Ikus, gainera 

 Sentsore
 Eremu magnetiko

 Kanpo estekak 

 Nave, R. "Hall Effect". Hyperphysics. Georgia State University Department of Physics and Astronomy. Retrieved 20 April 2021.
 RAMON PALLAS ARENY, “Sensores acondicionadores de señal”.
 ALBERTO DE LA PEÑA, “Sensores de Efecto Hall: Teoría y Aplicaciones” liburutik ateratako informazioa dago lan honetan.
 JOSÉ ÁNGEL SANTAMARÍA Y JAVIER OJEDA, “Sensores de Efecto Hall en la Automoción“ liburutik ateratako informazioa dago lan honetan.
 "Efecto Hall" UPV/EHUko lan batetik ateratako informazioa agertzen da.

Kategoria:Sentsoreak
Kategoria:Osagai elektronikoak
Kategoria:Gailu magnetikoak
Kategoria:Transduktoreak