Transdutores de Corrente por Efeito Hall


Trabalho da disciplina Intrumentação Eletrônica
Paulo Neis
Abril de 2000



Efeito Hall - Teoria


O efeito Hall se caracteriza basicamente pelo aparecimento de um campo elétrico transversal em um condutor percorrido por uma corrente elétrica, quando o mesmo se encontra mergulhado em um campo magnético.

Considere a Figura 1, onde um filme de material semicondutor é percorrido por uma corrente elétrica constante. A distribuição de corrente sobre o mesmo é uniforme, e não existe diferença de potencial na saída.


Figura 1


Na presença de um campo magnético perpendicular (Figura 2), o fluxo de corrente é distorcido. A distribuição resultante provoca o aparecimento de uma DDP entre os terminais de saída. Esta DDP é chamada Tensão Hall.


Figura 2


Uma equação que descreve superficialmente a interação entre campo magnético, corrente e Tensão Hall é:


Equação 1

Onde:



Sensores de Efeito Hall - Descrição geral


A tensão Hall é um sinal bastante débil, da ordem de 20 a 30 microvolts, em um campo magnético de 1 gauss. Um sinal desta magnitude requer um amplificador com características de alta impedância de entrada, baixo ruído e ganho considerável.

Na Figura 3 é mostrada uma curva que caracteriza qualitativamente o comportamento do sensor de efeito Hall. Para valores de campo magnético além do alcance especificado, a resposta obtida não mais será linear, comprometendo assim a exatidão da medida, porém sem causar danos ao transdutor.


Figura 3


Transdutores de corrente por efeito Hall são capazes de "enxergar" correntes dc, ac e formas de onda complexas. Uma característica importante é sua capacidade de realizar isto tudo estando isolado galvanicamente do circuito principal. As principais vantagens são o baixo consumo, pequeno tamanho e peso. Perdas por inserção são praticamente nulas e sobrecorrentes não chegam a causar danos ao circuito de medida.


Transdutores de corrente em Laço Aberto


Um transdutor de corrente em laço aberto é ilustrado esquematicamente na Figura 4. Observa-se a presença de um gerador Hall montado na fenda (gap) de um circuito magnético constituído por um toróide. O condutor transportando corrente passa através da abertura do toróide, e produz um campo magnético proporcional a esta. O toróide concentra o campo magnético sobre o elemento Hall, cuja saída é amplificada.

Figura 4


A linearidade desta configuracão depende essencialmente das características do material magnético do toróide e da qualidade do gerador Hall.

Exemplos de transdutores de corrente em laço aberto são os da série PRO e X da AMP-LOC.


Transdutores de corrente em Laço Fechado


Na figura 5 é esquematizado um transdutor de corrente em laço fechado. Pode-se notar, como anteriormente, a presença do elemento Hall montado no gap de um toróide de material magnético, através do qual passa o condutor transportando a corrente que se deseja medir. A diferença em relação ao caso anterior é que a saída do elemento Hall (devidamente amplificada) passa por uma bobina enrolada sobre o próprio toróide, de forma a produzir um campo magnético igual em módulo, porém oposto ao original. Isto nos garante que o fluxo através do toróide será sempre próximo de zero. A saída do transdutor é um sinal de corrente, que pode ser convertido para tensão conectando-se um resistor de carga.


Figura 5


Esta técnica traz significantes melhorias à performace do transdutor, eliminando efeitos da não-linearidade do núcleo magnético.

Exemplos de transdutores de corrente em laço fechado são os da série CS da AMP-LOC.




CS200A-P: Especificações


Características elétricas:

Tipo:

Laço fechado

Corrente nominal:

±200A

Faixa:

0 ~ 400A

Saída nominal:

100mA

Relação de espiras:

2000/1

Resistência de medição:

0 ~ 20ohm

Exatidão (25 C):

0,50%

Alimentação:

±12V ~ ±18V

Consumo de corrente:

15mA + corr. de saída

Figura 6



Performace dinâmica:

Excursão devido à temperatura:

máx. 0,3mA (-25 à 85C)

Linearidade:

Melhor do que 0,1%

Tempo de resposta:

Melhor do que 0,6us

dI/dt:

Melhor do que 70A/us

Faixa de frequência:

DC à 250kHz



Características gerais:

Encapsulamento:

Anti-chama

Tensão de isolamento:

5kV/50Hz/1min

Temperatura de operação:

-25 à +85C

Temperatura de estocagem:

-40 à +100C


Obs.:


Figura 7


Algumas configurações sugeridas:



Referências bibliográficas:




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