Relatório 5 PDFE - Mauricio Hoffman

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Aluno: Mauricio Hoffman
Matrícula: 160138574
Data: 02 de março de 2022
Universidade de Brasília
Prática de Física dos Dispositivos Eletrônicos
Lab 5 - Sensor Hall
Objetivo
Este experimento tem como objetivos realizar uma introdução ao efeito Hall,
com a medida da intensidade de campos magnéticos utilizando um sensor Hall.
Além disso, realizar a determinação da curva de resposta do sensor em função do
ângulo de incidência das linhas de campo magnético.
Materiais Utilizados
Os materiais utilizados para o experimento foram os seguintes:
- Multímetro Digital: a DT-9205
- Fonte DC Modelo: MPL-3505M
- Magnetos com Transferidor
- Sensor Hall (Honeywell SS495A)
Procedimentos experimentais e dados obtidos:
Utilizando um multímetro, a tensão do pino 3, da saída do sensor, será
aferida. Tensão essa que é proporcional à intensidade do campo magnético na
superfície do sensor. Além disso, o pino 1 é alimentado por 5 volts, e o pino 2 é
conectado ao ground, como pode ser visto na imagem abaixo:
1) Determine a tensão de saída Vso observada na ausência de um campo
magnético significativo sobre o sensor, com uma tensão de alimentação de +5 volts.
Resposta:
A tensão Vso = 2,51 Volts com um erro estimado em mais ou menos 0,005
volts
2) Determine o valor de Bo [G], a partir do modelo do sensor: Vs = ks * Bz + Vso =
ks * Bo * cos(θ) + Vso.
Assuma :
ks = 3.125 mV / G
θ = 0 => Vs_max = ks * Bo + Vso
Bo = (Vs_max - Vso) / kS
Resposta:
Após feitos os cálculos pedidos, Foi obtida a seguinte tabela de dados do
experimento :
θ Vs_max cos θ Bo(G)
0 4,89 1 761,6
3) Realize medidas da tensão Vs [V] do sensor Hall com um multímetro,
para diferentes valores do ângulo entre o sensor e o campo magnético, sempre
usando a melhor escala do voltímetro. Calcule, a partir dos valores de cos(), a
densidade de fluxo magnético na direção-z (Bz) [G], perpendicular ao sensor.
Plote o gráfico Vs [V] vs. BZ [G] assumindo o modelo linear proposto. Plote
o gráfico Vs [V] vs. [graus] ajustando o modelo não-linear pelo método dos mínimos
quadrados. Verifique o ajuste do modelo não linear, calculando o Erro Quadrático
Médio. Use o programa exemplo SCILAB MQ_Hall.sce.
Resposta:
Após feitos os cálculos pedidos, Foi obtida a seguinte tabela com os seguintes
resultados :
θ cos θ Vs (V) Bo(G)
30 0,866 4,5 569,56
60 0,5 3,62 380,8
90 0 2,45 0
120 -0,5 1,43 -380,8
150 -0,866 0,613 -659,56
180 -1 0,412 -761,6
210 -0,866 0,521 -659,56
240 -0,5 1,303 -380,8
270 0 2,58 0
300 0,5 3,42 380,8
330 0,866 4,33 659,56
Em seguida, utilizando como ferramenta o programa Scilab, foi plotado o
gráfico Vs [V] vs. BZ [G] relacionado ao modelo linear, como pode ser visto abaixo:
Após isso, foi plotado o gráfico Vs [V] vs. BZ [G] ajustando o modelo
não-linear pelo método dos mínimos quadrados, como pode ser visto abaixo:
4) Responda:
a) Pesquisa: Encontre a sensibilidade [Volt/Tesla] e a frequência máxima [Hz] de
um sensor Hall disponível comercialmente. Cite o modelo e o fabricante. (Obs: Não
pode ser o Honeywell SS495A).
Resposta:
O sensor HALL que eu escolhi foi o US1881, e possui as seguintes especificações:
- Sensibilidade: As tensões variam entre 3,5 e 24V e com uma sensibilidade de
máxima de 28 V/T
- Frequência máxima: 10.000 Hz
Fonte: https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/224032/MELEXIS/US1881LUA.html
https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/224032/MELEXIS/US1881LUA.html
b) Pesquisa: Liste pelo menos 3 aplicações tecnológicas de sensores Hall. Cite as
suas referências.
Resposta:
Estes sensores podem ser utilizados em sensores de velocidade, medição de
corrente e sensores de proximidade, por exemplo.
Fonte: https://www.profibus.org.br/images/arquivo/posicionador-sensorhall-543ec9c42d063.pdf
https://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/6640-como-funcionam-os-sensores-de-efeit
o-hall-art1050
EC5 - Laboratório 5
Considere o sensor Hall Honeywell SS495A, utilizado no laboratório. Trata-se
de componente de três terminais, com tensão no terminal de saída proporcional ao
fluxo do campo magnético normal à superfície do sensor. A tensão de alimentação é
mantida constante durante as medidas em 5,0 volts. Responda:
(i) Se for usado um multímetro no modo voltímetro para medir a tensão de
saída do sensor Hall, na escala de 200mV, com passo de 0,1 mV, determine a
precisão da medida da densidade de fluxo magnético, em unidade SI (Tesla), normal
à superfície do sensor. Assuma que não há ruído que possa interferir com as
leituras.
Resposta:
Considerando o sensor Hall SS495A e os dados preenchidos na tabela do
próprio experimento, podemos determinar a precisão pelo método dos mínimos
Quadrados utilizando a fórmula:
𝑆𝑦/𝑥 = √ ∑𝑖(𝑌𝑖 −𝑌'𝑖)
2 
𝑛−2
Após efetuado todos os cálculos, chegou-se em um valor de erro Sy/x = 0,0029T.
(ii) Considere a aplicação deste sensor Hall na medida de corrente DC.
Proponha um Arranjo Experimental onde o sensor Hall está devidamente acoplado
ao campo magnético gerado pela corrente atravessando um fio condutor. Proponha
uma fórmula para a relação entre a tensão no terminal de saída do sensor e a
magnitude da corrente no fio, que pode ter sentido positivo ou negativo. Apresente o
esquemático do circuito de medida.
Resposta:
Para se encontrar a tensão no terminal de saída do sensor de Hall (VH),
pode-se utilizar como referência a corrente I multiplicada pelo fluxo magnético B
https://www.profibus.org.br/images/arquivo/posicionador-sensorhall-543ec9c42d063.pdf
https://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/6640-como-funcionam-os-sensores-de-efeito-hall-art1050
https://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/6640-como-funcionam-os-sensores-de-efeito-hall-art1050
normal a superfície em função de teta, dividido pela carga fundamental ep pela
seção de área A, como pode ser visto abaixo:
𝑉𝐻 = 𝐼𝐵𝑧( θ) 𝑒𝑝𝐴
Desenvolvendo essa fórmula, temos o seguinte:
𝑉𝐻 = 𝐼𝐵𝑧( θ) 𝑒𝑝𝐴 = 𝑅𝐻 * 𝐽𝑝 * 𝐵𝑧( θ) = 𝐾𝐻 * 𝐵𝑧( θ)
Dessa forma, a tensão de saída é dada por :
𝑉𝑠 = 𝐾𝑠 * 𝐵𝑜 * 𝑐𝑜𝑠( θ) + 𝑉𝑠𝑜
Dessa forma, temos a equação que define a tensão na saída do sensor, com
relação ao ângulo do campo magnético que é aplicado na superfície mesmo.
Abaixo, um esquema de um circuito que representa um fio com campo
magnético de frente para um sensor de Hall.