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10-13-1 Explicación del efecto Hall


El efecto HaIl es el fenómeno en el que los portadores de carga que se mueven a través de un campo magnetico son forzados hacia un lado ddel medio conductor. Haga referencia a  la figura 10-32, en la que se ilustra el efecto Hall para una situación en la que el movimiento de los portadores de carga es perpendicular a campo magnetico impuesto. En la parte (a), una corriente electrica sencilla esta operando en un espacio Vacio de campos magnéticos. Se considera que la corriente esta compuesta de portadores de carga positiva que fluyen de arriba a abajo a través de una pieza metalica plana. Note el hecho de que, en ausencia de un campo magnetico, los portadores de carga están distribuidos de manera uniforme a través de lo ancho de la pieza metalica plana.
Sin embargo, si el circuito electrico es operado en la presencia de un campo magnetico, los portadores de caiga se agrupan en un lado de la pieza plana. Esto se ilustra en el dibujo de la figura 10—32(b), que indica la presencia de un campo magnetico apuntando hacia afuera de la página. En ese dibujo, los portadores de carga positivos se congregan a la izquierda de la pieza plana debido a las fuerzas ejercidas sobre ellas resultantes de la interaccion del movimiento de las cargas y el flujo magnético. La magnitud de una fuerza individual en un portador de carga esta dada por la relación de Lorentz
F=qVB

En donde q s la carga, en coulombs. en un portador de carga individual: v es la velocidad del portador de carga en metros por segundo: y B es la densidad de flujo magnético en webers por metro cuadrado, o teslas. La fuerza sale en unidades bísicas SI de newtons. La dirección de la fuerza está dada por la regla de la mano derecha para la interacción eléctrica y magnética, que dice: con los dedos de la mano derecha, rotar el vector de movimiento (velocidad) para alinearlo con el vector del campo B; el pulgar derecho entonces apunta en la dirección de la fuerza interactiva. Verifique usted mismo que la regla de la mano derecha indica las fuerzas interactivas a la izquierda de la figura 10—32(b).
Debido a la alteración de la distribución normal de la carga en el metal, un voltaje aparecerá entre los extremos izquierdo y derecho de la pieza plana. En la figura 10—32(b), el voltaje será positivo en el extremo izquierdo en relación con negativo en el extremo derecho. Trabajando con la ecuación (10-7), puede mostrarse que la magnitud del voltaje de efecto Hall está dada por
V = kIB
donde V es el voltaje entre los extremos, en volts; 1 es la corriente en amperes; y B es la intensidad del campo magnético en Wb/m2, o testas. La constante de proporcionalidad k depende del grosor de la pieza metálica plana y la resistividad eléctrica del metal particular. La existencia del voltaje de efecto Hall es señalada en la figura 10—32(c).
La pieza plana portadora de corriente no necesita ser de metal para que ocurra el efecto Hall. Algunos transductores de efecto Hall usan un material semiconductor para la pieza plana, y algunos usan un material cristalino de alta resistividad. Sin embargo, la relación entre las tres variables V. 1 y B nunca cambia. Mientras las líneas de flujo del campo B sean perpendiculares a la cara plana, la ecuación (10-8) sigue siendo válida: el voltaje es proporcional al producto de la corriente y la intensidad del campo.
Generalmente, el voltaje de efecto Hall es bastante pequeño. Los transductores construidos bajo el principio del efecto Hall generalmente deben contener un amplificador de alta ganancia. Por ejemplo, si la tira plana fuera hecha de cobre del mismo grosor que un alambre AWG núm. 18 (aproximadamente 1 mm), y si portara una corriente de 10 A a través de un espacio con una densidad de flujo magnético de 1 tesla (un campo B bastante intenso), el voltaje de efecto Hall sólo sería de unos 0.7 uV.


10-13-2 Detector de proximidad de efecto Hall

 
En la automatización industrial, a veces es deseable detectar la presencia de un objeto sin tener que tocarlo. Un detector de proximidad magnético puede lograr esto. Un pequeño imán permanente es sujeto al objeto móvil, y se monta un detector magnético de efecto Hall de manera que el flujo del imán incida en la superficie del detector cuando el objeto se acerque. La construcción del circuito de un detector magnético de proximidad de efecto Hall se muestra en la figura 10—33. Este circuito completo, incluyendo la pieza conductora plana, está disponible como un circuito integrado. Tiene una dimensión superficial de unos 7 X 7 mm y un grosor de unos 2 mm.

10-13-3 Transductor de potencia de efecto Hall


El efecto Hall es inherentemente un fenómeno de multiplicacion. I multiplicado por B. Gracias a esto, el efecto HaIl se presta para la construcción de transductores de potencia eléctrica, ya que la potencia electrica tambien es un concepto de multiplicacion. I multiplicado por V. Para construir tal transductor, deben resolverse dos cosas:
1. La corriente I a través del conductor plano debe ser proporcional a la corriente en el circuito en medición.
2. La intensidad del campo magnetico debe ser proporcional al voltaje en el circuito de medición. En un circuito de ca, estas relaciones pueden conseguirse usando un transformador de corriente (un transformador de voltaje estándar) para excitar la bobina del electroimán que produce el campo B. Este arreglo se presenta en la figura 10—34.
La forma de onda del voltaje de efecto Hall obtenida del transductor de la figura 10—34 consiste en un componente de CD superpuesto sobre un componente alternante al doble de la frecuencia de la línea. Esto es parecido a la forma de onda producto de un rectificador de onda completa. Si la variable medida es la potencia promedio del circuito, el componente alternante es filtrado y el componente de CD representa el valor medido. Si la variable de interés es la potencia instantánea del circuito, entonces el voltaje de salida instantáneo representa el valor medido. En cualquier caso, el transformador de corriente, el transformador de potencial y el electroimán deben estar cuidadosamente diseñados para que cualquier corimiento de fase entre la corriente y el voltaje sea correspondido por un corrimiento de fase igual entre la corriente y el campo magnético en el conductor plano.
Algunos sistemas industriales modernos
basados en una microcomputadora usan la potencia instantánea máxima de un circuito como un parámetro de toma de decisiones. Esto generalmente se logra haciendo que la microcomputadora tome muestras muy rápidamente del voltaje instantáneo de salida de un transductor de efecto Hall.
En algunos diseños de transductores, los papeles de la corriente y el voltaje del circuito son invertidos. Es decir, la corriente del circuito es usada para establecer un campo magnético proporcional de efecto Hall y el voltaje del circuito se usa para producir una corriente proporcional de efecto Hall en el conductor plano.


10-13-4 Medidor de flujo de efecto Hall


Algunos líquidos y gases están estructurados químicamente de tal manera que contienen portadores de carga libres. Los portadores de carga no son partículas subatómicas individuales, como es el caso de los sólidos. En cambio, los portadores de carga son átomos enteros o componentes moleculares que tienen un desequilibrio de carga neto. Tales piezas de materia cargadas generalmente se llaman iones. Si un líquido o gas contiene iones, su velocidad a través de un tubo puede medirse usando el efecto Hall. Es más, dada el área de sección transversal del tubo, hay una correspondencia directa entre velocidad y razón de flujo. Por tanto, un aparato de efecto Hall se puede calibrar para leer en unidades tanto de flujo volumétrico corno de velocidad, según se prefiera.
En la figura 10—35 se dibuja un transductor de flujo de fluido de efecto Hall. Se establece un campo magnético de intensidad constante a través del espacio ocupado por el tubo. A medida que pasan los iones a través del campo B, son desviados por la fuerza interactiva eléctrica y magnética. Para la orientación magnética y la dirección de flujo mostradas en la figura 10—35, los iones positivos libres se congregarán cerca de la parte superior del tubo, y los iones negativos libres cerca de la parte inferior del tubo. Aparece por tanto un voltaje de efecto Hall entre el electrodo superior y el inferior insertado a través de las paredes del tubo. Para un valor dado de B y un valor constante de densidad jónica, la magnitud de este voltaje puede ser relacionado proporcionalmente a la velocidad del fluido.
Comparado con un medidor de flujo de tipo mecánico. un medidor de flujo de efecto Hall es superior en cuanto a que casi no se extrae energía del fluido en movimiento.

 

 

 

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