Dispositivo de efecto Hall para circa 1 tesla gaussmeter

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Estoy pensando en construir un instrumento de banco no sofisticado para medir la densidad del campo magnético, solo para apoyar mi aprendizaje sobre el electromagnetismo y la construcción de magnéticos para aplicaciones de electrónica de potencia.

Estoy pensando que querré algo que pueda medir hasta aproximadamente 1 tesla (T) y en general pensé que usar un sensor de efecto Hall lineal de alguna descripción era el camino a seguir.

Existen varios proyectos de este tipo en la web, pero todos parecen tener un rango operativo sustancialmente más bajo, lo que entiendo es perfectamente útil para una variedad de otras aplicaciones.

Los dispositivos de sensor de efecto Hall lineal que he podido encontrar parecen alcanzar una densidad de flujo mucho más baja, como 600 gauss (G), que es de 0.06 T.

Así que me pregunto, ¿hay algún sensor de efecto Hall que pueda funcionar en las densidades de flujo que estoy diseñando? ¿O tal vez es una tontería estar buscando algo en ese rango? Me di cuenta de que la línea de hierro del transformador puede funcionar entre 1 y 2 T antes de la saturación, por lo que estaría en el estadio correcto.

    
pregunta scanny

4 respuestas

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Parece que la mayoría de los sensores en el mercado están hechos para rangos muy bajos a medios hasta 300mT, como ya ha observado.
Los elementos de Hall en sí mismos generalmente permiten intensidades de campo del orden de unos pocos Tesla, pero el rango está limitado por la electrónica.

Algunos sensores permiten aplicar un voltaje de compensación, que se aplica a la señal antes del procesamiento posterior. Por ejemplo, tuve estudiantes que trataron de medir campos de hasta 1.2T en su configuración que consistía en 4 imanes de neodimio y un yugo de hierro:

Utilizaronel"sistema CASSY", uno de estos sistemas listos para medir utilizados en escuelas y universidades para experimentos. Tenía una sonda con un elemento de hall y podía medir +/- 1T (más precisamente: -1.024 ... + 1.023, ¿lo ves?). El sistema podría ser "calibrado" definiendo la lectura actual como 0T. Entonces, pusieron el sensor en algún lugar con -0.4T, lo "calibraron" y pudieron medir más de 1T. Los datos se veían bien, pero no comprobamos la linealidad en ese rango.

Por lo tanto, puede valer la pena buscar elementos de sala puros sin más componentes electrónicos, que son un poco difíciles de encontrar.

Encontré hallsensors.de que ofrecen, por ejemplo, el CYAJ166A para campos de hasta 3T.

Otro distribuidor es AKM .

Sin embargo, estos elementos de la sala tienen una gran parte de propagación, por lo que tiene que calibrar sus sensores. Puede usar un "imán de referencia" que mida con uno de estos sensores de 300mT para obtener un valor preciso y calibrar su sensor en función de él.

    
respondido por el sweber
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Hay una serie de opciones. Si alguno de ellos es práctico, dependerá de la situación física que desee medir.

Es cierto que la mayoría de los sensores de efecto Hall comerciales utilizan campos bajos. No he podido encontrar ningún campo alto con un google rápido, lo que no significa que no existan, simplemente no se ofrece a los usuarios aficionados.

El campo alto no dañará un sensor Hall, por lo que podría intentar calibrar la región de saturación. Yo esperaría que la incertidumbre derivada de la deriva degradaría cualquier sentido de precisión restante, pero puede valer la pena intentarlo, si puede encontrar un método confiable para obtener un campo fuerte y conocido.

Si conocía la dirección del campo, usar un sensor fuera del eje resultaría en un componente más pequeño en el eje (medido). El uso de dos sensores en ejes ligeramente diferentes y la rotación del ensamblaje hasta que ambos produjeran la misma magnitud de salida, alinearían el fuerte campo entre sus ejes, de modo que se aseguraría automáticamente de que el campo al eje del sensor estuviera en un ángulo de la mitad de los sensores. ángulo mutuo.

La forma en que Old Skool hace esto depende del movimiento, el Fluxmeter Integrador. Una bobina se coloca en la parte del campo que debe medirse y luego se retira a una gran distancia, donde el flujo es insignificante. El voltaje que genera la bobina se integra durante el proceso de remoción mediante un 'condensador envuelto alrededor de un amplificador operacional'. El voltaje en la salida del amplificador operacional representa el cambio de flujo en cualquier momento. La extracción de la bobina no tiene que hacerse a ninguna velocidad, siempre que sea lo suficientemente rápida para el integrador. Con un op-amp de sesgo de entrada bajo, TL071 por ejemplo, deberías poder usar muchos segundos.

Si bien el movimiento puede parecer una desventaja, si tiene un instrumento de sobremesa con una sonda, hay ocasiones en las que querrá colocar la sonda en esta brecha o esa brecha, empleando el mismo movimiento que Necesitaría hacer la medida. ¿Cómo encuentras una región de flujo cero? Gire la sonda y observe la salida de integración, si cambia, hay un flujo importante y necesita alejarse más de sus imanes.

La calibración de un caudalímetro integrador depende del área de la bobina, el número de vueltas y el valor del capacitor utilizado en el integrador. Usted podría resolverlo desde los primeros principios, o calibrarlo contra un sensor Hall. Lo ideal sería hacer ambas cosas y compararlas.

Si bien es cierto que envolver el sensor en ferrita o hierro reduciría el campo que ve, no se me ocurre ninguna forma práctica de hacer que esa disposición sea calibrada o lineal de forma remota.

    
respondido por el Neil_UK
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Divulgación: Yo trabajo para esta compañía.

Sucede que la compañía para la que trabajo produce sensores de efecto Hall que están calibrados hasta 3.5 Tesla.

Sensores de Lake Shore Hall

Puede que no tenga sentido para una configuración informal, pero lo menciono solo para mostrar la existencia de dichos elementos sensores.

    
respondido por el Houston Fortney
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Los campos magnéticos alternos pueden inducir voltaje en una bobina de alambre, por lo que si solo estuviera interesado en campos magnéticos alternos, podría usar una bobina. Simplemente tenga en cuenta el número de vueltas y el radio de la bobina. Entonces, emplee la ley de Faraday: $$ \ begin {align} V (t) & = -NA \ frac {dB} {dt} \\ B (t) & = - \ frac {1} {NA} \ int _ {- \ infty} ^ {\ infty} V (t) dt \ end {align} $$

Por lo tanto, todo lo que tiene que hacer es medir el voltaje a través de la bobina cuando el flujo a través de él está cambiando, y usar un circuito integrador activo (por ejemplo, con un amplificador operacional) o integrar la señal numéricamente. La integración numérica por lo general da como resultado una deriva, ya que es una aproximación, así que ajuste la señal mediante el filtrado de paso alto. Aquí hay algunos códigos de Matlab que puede usar para realizar esta integración:

% V is the measured voltage across the coil
% N is the number of turns
% A is the cross sectional area of the core
% t are time points of acqusition / integration
% f_cutoff is the cutoff frequency of the high-pass filter (below the
%   frequency that you expect to measure but higher than the frequency of
%   drift)
% rate is the sampling rate

dB = -V/(N*A);
B = cumtrapz(t, dB);

[d, c] = butter(2, f_cutoff/rate, 'high');
Bfilt = filter(d, c, B);

Este sensor podría diseñarse para manejar hasta 2 T de flujo magnético.

    
respondido por el Vivek Subramanian

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