Os sensores de campos magnéticos do tipo Efeito Hall encontram uma ampla gama de aplicações práticas na mecatrônica. De fato, sua velocidade de resposta, sensibilidade e imunidade a fatores externos como poluição e interferências, os tornam ideais para aplicações críticas. A Infineon Technologies (www.infineon.com) possui em sua linha de produtos uma ampla gama de sensores desse tipo, destacando-se os tipos diferenciais como o TLE 4921-3U. É justamente desse componente que tratamos nesse artigo.
O sensor Hall diferencial TLE 4921-3U pode ser usado em aplicações como a detecção de velocidade de peças magnéticas rotativas, posição, detecção de velocidade e posição de encoders e além disso servir para gerar sinais de disparo.
Este componente opera no modo diferencial com a combinação de duas células Hall e um amplificador diferencial, de modo a poder trabalhar com diferenças de campos em lugar de intensidades absolutas.
Essa configuração também compensa os efeitos externos de temperatura, tolerâncias de componentes e influência de campos magnéticos externos.
Por esse motivo, o sensor TLE 4921-3U é especialmente indicado para operar sob condições agressivas. Um pequeno imã permanente é exigido para polarizar os sistemas que vão gerar os pulsos como engrenagens de vários formatos.
Assim, a comutação apropriada mesmo para as menores diferenças de campo entre o dente e o vazio é garantida. A freqüência mínima de comutação garantida é de 10 Hz com a utilização de um capacitor de filtro de 470 nF.
Na figura 1 temos o diagrama de blocos desse circuito integrado sensor.
Quando o sensor Hall é exposto a um campo magnético constante de qualquer polaridade, os dois elementos Hall vão gerar os mesmos sinais de saída. A diferença é zero, independentemente da intensidade desses campos.
No entanto, se existir um gradiente de campo de um sensor em relação ao outro, então uma diferença de sinal é gerada, por exemplo, se um sensor estiver focalizado num dente de uma engrenagem e outro no espaço entre elas.
Esse sinal é amplificado no chip. Se houver uma pequena diferença de sinal devido a problemas de offset ela pode ser cancelada por mecanismos de controle. A resposta diferencial dinâmica do dispositivo dota-o de uma grande sensibilidade, mesmo havendo um espaço relativamente grande entre a engrenagem e a superfície do sensor.
Um disparador de Schmitt é usado para digitalizar o sinal condicionado e a saída e feita com um transistor em coletor aberto. Esse transistor tem uma boa capacidade de drenar corrente, fornecendo assim o sinal externo.
O chip é ainda dotado de proteção contra sobre-tensão e inversão de polaridade assim como EMI. Isso possibilita sua aplicação em ambientes hostis. Na figura 2 temos a aplicação típica desse componente.
Nessa figura temos a utilização típica do sensor na detecção da passagem dos dentes de uma engrenagem. Observe a presença do imã de polarização no caso de uma engrenagem feita de material não magnetizado.
Na mesma figura temos o uso do sensor no caso em que o movimento deve ser detectado numa peça magnetizada. A orientação do campo magnético dessa peça é importante para que o sensor possa gerar o sinal de controle externo.
Os dois sensores Hall do circuito integrado são montados com uma separação de 2,5 mm. Observe que o dente da engrenagem atua como um concentrador de campo. Ele aumenta a densidade do fluxo magnético no sensor e com isso um sinal diferencial é produzido. Com o movimento da engrenagem, o sinal diferencial muda de polaridade na mesma taxa em que ela se move.
O filtro integrado passa-alta regula o sinal através da constante de tempo que pode ser ajustada através de um capacitor externo. Observe a forma de onda do sinal obtido na saída.
Na figura 3 temos uma aplicação prática para medida rotacional.
Nessa aplicação vemos os resistores de 2,2 k ? usados como pull-up nas saídas em coletor aberto dos transistores do TLE 4921-3u. Também observamos a presença de LEDs indicadores do sentido de rotação da engrenagem.
O indicador de bobina móvel (analógico) é ajustado no monoflop para indicar a velocidade de rotação correspondente à engrenagem. Evidentemente, alterações podem ser feitas nesse circuito, como a utilização de um indicador digital.
O leitor pode obter mais informações sobre aplicações desse sensor no próprio site da Infineon que conta com ampla gama de documentos técnicos sobre o assunto.
