Simplificate 2.0

Si algo parece muy complicado, es que esta mal explicado.

Medir corriente eléctrica con un sensor de efecto Hall.

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Inductor amplificador de campo.

Una de las formas de medir corrientes usando un microprocesador es usar un sensor de efecto Hall, este tipo de sensores son sensibles a las variaciones del campo magnético que lo atraviesa, generando un voltaje en su salida equivalente a la influencia magnética que lo circula, es el tipo de sensor usado en las pinzas amperimetricas industriales para medir tensiones en corriente continua.

Lo mejor que tienen es que son relativamente sensibles, por lo que se pueden medir corrientes de 0,5 Amperios con aproximada precisión ( no es muy preciso debido a muchas circunstancias) pero si que te haces una idea de la corriente que circula por el conductor.

El principio físico que rige el funcionamiento de este sensor es muy muy simple, toda carga eléctrica que se desplaza por un medio (un cable por ejemplo) en presencia de un campo magnético es desviado hacia alguna dirección por las fuerzas del electromagnetismo, la misma fuerza que mueve los motores eléctricos, en esta imagen se ve claro como el agua.

Se aprecia que los electrones,en la imagen las bolas azules, al pasar por la placa que esta intercalada entre los dos imanes son lanzados hacia arriba, generando así una diferencia de tensión entre la parte de abajo de la placa y la de arriba, si la medimos podemos saber cuanta fuerza hace el campo magnético sobre los electrones, esto es un calculo muy complicado, y gracias a la tecnología el sensor lo hace por nosotros y nos lo da ya en forma de voltaje.

El componente:

Sensor de efecto Hall, barato que estamos en crisis.

 Más datos:

Primer párrafo del Datasheet, nos dice que este modelo el 1301 genera 2,5 mV por Gauss.

En el Datasheet podemos ver en el primer párrafo que este modelo de sensor genera en la salida un voltaje de 2,5 mV por Gauss “notados”, así que ya sabemos que equivalencia tiene entre voltaje y Gauss recibidos.

2,5 mV ==> 1 Gauss.

En el Datasheet podemos ver los datos magnéticos relativos al sensor, explicado:

  • Quiescent Output Voltage: Voltaje cuando no se “siente” ningún campo magnético, el valor normal es 2,5 Voltios, pero puede variar 0,1 arriba o abajo de este centro.
  • Quiescent Output Voltage over operating temperature: La desviación del voltaje en reposo ( sin sentir campo alguno B= 0) en relación a la variación de temperatura .
  • Magnetic Sensitivity: Sensibilidad magnética del sensor, según esto, cada 2,5 mili Voltios que varié la salida con respecto a el valor en reposo ( para B=0 ) representa 1 Gauss.
  • Magnetic Sensitivity over Operating Temperature Range: Variación de la sensibilidad magnética con respecto a la variación de temperatura.

Como se usa:

Una vez que sabemos los parámetros de uso del componente tenemos que experimentar con el, para ello lo montamos en una placa de pruebas según el Pin-Out del componente.

Pin-Out del componente.

Componente montado en placa de prueba, se pone un condensador entre VCC y GND de desacoplo de interferencias, el valor no es nada relevante, vamos que el que te de la gana.

El componente esta doblado hacia arriba para meterlo en el centro de la bobina que he fabricado y que quede la cara del sensor perpendicular a la bobina, esto es importante por que el sensor detecta solo el campo magnetico que lo atraviesa de frente.

La bobina es necesaria por que los campos magnéticos generados por un conductor ( un cable solo que pase cerca ) es tan pequeña que necesita ser amplificado para que lo sienta el sensor, esto se hace enrollando un hilo conductor en forma de bobina, ya que al enrollarlo los campos magnéticos se van sumando hasta que el valor sea lo suficientemente grande.

La parte fea, calcular la bobina.

Bueno más tarde o más temprano tenia que pasar, tenemos que calcular la bobina aunque sea aproximadamente, yo me he hecho un calculador usando un excel para no comerme mucho el conocimiento, os lo paso a continuación: http://www.box.com/s/a81923313ae24626f512

Calculador de bobinas “made in Simplificate 2.0”

La imagen habla por si sola, yo recomiendo que uséis el calculador avanzado, el de debajo de todo, donde directamente solo tienes que poner que intensidad máxima vas a medir, cuantos Gauss quieres que sea la intensidad máxima ( realmente aquí yo pondría el máximo que soporte el sensor, normalmente 500 Gauss), una vez introduces los datos el calculador te dirá el numero de vueltas que tienes que darle a la bobina, yo use para hacer la bobina un trozo de tubo de plástico que tenia por aquí aburrido.

El resultado.

El resultado se ve en las siguientes imágenes, si vas a probar tu en tu casa asegúrate de que el sensor este bien centrado en el tubo, tanto en la longitud como en profundidad por que el mayor campo magnético se da en el centro justo de la bobina y es donde nos interesa que mida el sensor en el máximo campo magnético.

La bobina terminada, una vez le des las vueltas usa fixo y la dejas fijada en su sitio.

El sensor bien centrado en la bobina.

Sensor bien centrado en la bobina.

 Encendemos el polímetro y el sensor Hall.

Tensión en reposo del sensor.

 Aplicamos corriente a la bobina, recomiendo usar una pila.

Se aplican 0,62 Amperios a la bobina.

Y el sensor nos dice que detecta un campo magnético equivalente a…

Nos devuelve 2,92 Voltios, 3,08 – 2,92 = 0.16

Me gustaría tener un polimetro más sensible pero por desgracia es el que tengo y el amperimetro ya habéis visto que es un polimetro de los chinos, así que no espero gran precisión pero lo suficiente para hacerme una idea de lo que estoy midiendo.

Para convertir esta medida en Amperios la formula es la siguiente:

B = \frac{\mu N I}{L}

A tener en cuenta, un Gauss son 2,5 Mili Voltios así que cogemos la medida que nos ha dado el voltimetro y lo dividimos por 2,5 Mili Voltios.

Una vez que tenemos los Gauss debemos convertirlos a Teslas, ya que la formula espera teslas.

Ya tenemos Teslas, solo sustituir en la ecuación:

Seguro que alguien se da cuenta de que el amperimetro decía 0,62, ¿como puede ser que se haya desviado tanto?, pues es por que el voltimetro la escala que tiene es muy grande y no es capaz de medir correctamente hasta los milivoltios, tener en cuenta que la medida era 0,16 voltios… pero detras del 6 aun entra mucho, de hecho entran 5 Gauss completos, podria ser 0,160, 0,162, 0,165 ó 0,167, así que el error relativo de la medida es de 5 Gauss.

Si eres un poco vago ( como yo ) puedes usar el calculador, rellenas arriba los datos y te devuelve el resultado tal cual.

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Written by cuningan

5 julio, 2011 a 19:45

Publicado en Ciencia y tecnologia

26 comentarios

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  1. Me ha parecido muy interesante.
    ¿Sabrías si se podría medir intensidad en corriente alterna 50/60Hz?
    Mi intención es hacer un transformador de intensidad para varios cientos de amperios.
    ¿Sabes que forma de onda saldría en un osciloscopio?

    CarlosRM

    5 mayo, 2018 at 9:45

  2. Bunas tardes, disculpa yo soy nuevo en esto y lo necesito para un proyecto, me podrías poner de forma básica y breve cual es el diagrama de conexión del sensor?, de antemano gracias

    markitos

    8 febrero, 2017 at 20:42

  3. Que tal, es muy interesante e ilustrativo tu proyecto, gracias por compartirlo. Sólo me queda la duda de si alimentas la bobina con esa pila de 9V que se ve en las imágenes, ¿o usaste otra fuente?.
    ¿Tienes control sobre la corriente que pasa por la bobina (limitas con algún elemento) o simplemente conectas la bobina a la pila?
    un saludo

    Mou

    22 abril, 2014 at 5:13

    • No tengo control sobre lo que circula por la bobina, eso es lo interesante que no hay control alguno y puedo medir la corriente que la circula.

      cuningan

      13 mayo, 2014 at 21:20

  4. Disculpe buena noche, no se si esta pregunta vaya aqui pero creo que tiene el principio de efecto hall. Los sensores automotrices de cigueñal tienen este efecto. Me podria ayudar en decirme como puedo revisar este sensor para saber si funcionao no???

    jesus magallanes

    7 noviembre, 2013 at 1:31

    • Pues lo puedes ver de dos maneras, con un voltímetro la primera, un sensor de velocidad del cigüeñal debe e tener tres hilos, dos deben ser la alimentación de 12 voltios y otro una señal al coche de la velocidad, mides entre el negativo y el de señal con el motor parado, te dará un valor en voltios, después haces lo mismo con el motor arrancado y te marcará otro valor distinto dependiendo de la velocidad del motor, por cierto estos detectores se les llama “Pickup” y son detectores inductivos no de efecto Hall.

      cuningan

      7 noviembre, 2013 at 6:07

  5. Hola te hago una consulta, para medir corrientes de 4 a 20 miliAmperes? sirve este sensor?

    Ivan Castro

    30 octubre, 2013 at 15:39

  6. Maestro….. me has salvado la vida…. por cierto tengo un proyecto similar que debo implementar, consiste en elaborar un amperimetro de gancho con un sensor de efecto hall conectado a un arduino, que a su vez enviara la señal al software LabVIEW y este marcara la lectura de amperaje. la duda esta en que calculo debo hacer para convertir la señal que envía el sensor (que es en milivolts) para convertirlo a una escala de ampers en el software. para explicarme mejor a cuantos milivolts de variacion en el sensor va a equivaler a un ampere. espero me puedas ayudar… gracias totales.

    Andy Stark

    26 octubre, 2013 at 0:55

    • Pues para saber cuantos mili voltios es un amperio primero tendrás que saber cuantos mili voltios es un Tesla, después convertir los teslas en amperios, muy fácil.
      El sensor de efecto Hall te dirá cuantos Gauss esta midiendo, creo recordar que un millón de Gauss es un Tesla, Wikipedia te saca de dudas, después tienes que saber calcular la intensidad de corriente que circula un conductor rectilíneo e infinito según el campo magnético que este genera a x distancia del conductor, y despejar la formula.
      Esta formula es llamada la Ley de Biot-Savart, el dato de cuantos milivoltios es un Gauss te lo da el fabricante del detector.

      cuningan

      26 octubre, 2013 at 12:18

    • amigo como te fue con eso yo tengo que hacer parte de tu proyecto excepto por lo de la pinsa de resto es igual un arduino, labview y el sensor, quiero saber como transformaste ese valor a corriente si eres tan amable.

      Keybis Ramos

      17 febrero, 2016 at 6:38

  7. Muy buen tutorial

    venancio olivares rico

    23 septiembre, 2013 at 5:42

  8. Necesito medir la corriente directa que circula por tuberías metálicas que transportan hidrocarburos, esta corriente es utilizada para proteger a las tuberías, ductos o cañerías contra la corrosión externa. los diámetros pueden ser tan grandes como 48 pulgadas de diámetro.

    Roberto Cruz Salinas

    30 julio, 2013 at 17:17

    • pues hijo, tu me dirás como se alimenta la corriente, si es lógico será con un cable, pon un amperímetro en ese cable…

      cuningan

      30 julio, 2013 at 17:48

      • No me supe explicar, tienes razón alimentamos con un cable a la tubería y aquí no hay problema para medir la corriente, sin embargo, trabajamos con redes de ductos de cientos de kilómetros, además en refinerías en donde existen verdaderas telarañas de ductos enterrados y no hay cable para medir la corriente por lo que se necesita una bobina para la tubería, es decir para tubería de hasta 48 pulgadas de diámetro.

        Roberto Cruz Salinas

        30 julio, 2013 at 19:08

        • Si es corriente continúa con una bobina no haces nada, te recomiendo un sensor de efecto hall, la corriente eléctrica por efecto de la repulsión eléctrica de los electrones circulara siempre por el exterior de la tubería, siempre por el exterior,a no ser que circule mucha corriente en cuyo caso se satura el conductor y se llena de electrones en el interior, pero no creo que sea el caso.

          cuningan

          30 julio, 2013 at 19:27

          • Si quisiera construir un sensor de efecto hall, cual seria el limite de diámetro para sensor ya quiero ponerlo en tuberías grandes? y cual seria el limite de corriente ya que manejamos hasta 100 A en corriente directa?

            Roberto Cruz Salinas

            30 julio, 2013 at 19:42

            • Pues si quisiera hacer eso primero miraría su ya existe, porque casi seguro que ya existe, y si aun así lo quisiera hacer pues tendría que primero buscar la fórmula que existe, porque se que existe, que te dice que campo magnético genera una corriente eléctrica de un intensidad x a y metros del centro de esta corriente, después de calentarme el coco me haría de un detector de efecto hall y lo montaría en un trozo de tubo del diámetro requerido, le haría pasar corriente y vería si la fórmula que tengo funciona o no funciona, y cuando después de muchas pruebas ya haya perdido 1 mes de mi vida le diría al jefe que se gaste las pelas. 🙂

              cuningan

              30 julio, 2013 at 23:00

            • Aunque me llama la atención como proyecto la verdad, si te decides hacerlo dímelo!

              cuningan

              30 julio, 2013 at 23:01

            • Ahora me surge una duda, ¿ la corriente que pasa por el tubo no puede ser la suma de las corrientes de los distintos equipos que enchufas al tubo? Supongo que el tubo tiene enchufado algún cacharro que le provee de corriente para evitar la corrosión, si entiendo tu problema es que hay más de un equipo enchufado en el mismo tubo por distintos sitios y habrá corriente que fluya de un equipo hacia otro y también hacia el suelo en los puntos donde el tubo toca tierra, pero al final la corriente que deriva por tierra y hacia otro equipo sera la misma que la suma de todas las corrientes que proporciones, si tienes diez equipos proporcionando 10 amperios pues al final fluyen 100 amperios… No se si lo simplificó mucho o no, si no es así por favor explicamelo mejor que tengo curiosidad. B-)

              cuningan

              30 julio, 2013 at 23:14

              • En México no existe un equipo similar, y en lo referente al control de corrosión en ductos o tubos dependemos tecnológicamente casi en su totalidad del exterior. La corriente que pasa por un tubo esta en función principalmente de su diámetro, es decir su área expuesta al medio que lo rodea o sea el terreno que funciona como electrolito, la resistividad del terreno y el estado y tipo de recubrimiento con que cuenta el tubo. En casos simples hay un tubo de algunos kilómetros de longitud conectada a una fuente de corriente directa y en casos mas complejos existen redes de tubos debajo del suelo interconectados entre ellos por cables pero no se sabe su ubicación y por lo tanto no se puede medir la corriente que pasa de uno a otro, en áreas que pueden ocupar desde algunos m2 hasta cientos de m2, que como bien lo deduces hay varias fuentes conectadas, sin embargo existen perdidas de corriente por las siguientes causas: el recubrimiento que sirve tanto para proteger al ducto de la corrosión como un aislante dieléctrico, se deteriora con el tiempo u otros factores que crean zonas desnudas en el tubo por donde se fuga la corriente la cual no se puede medir como lo haríamos en el punto de inyección de corriente que como bien lo dices hay un cable, también existen perdidas en donde el tubo toca tierra, es decir cuando sale o llega por ejemplo a una refinería, estas perdidas de corriente hacen que el sistema para proteger al tubo de la corrosión (técnica conocida como protección catódica) sea ineficiente y en algunos casos provocan corrosión al tubo que genera en fugas, explosiones, etc. Nos auxiliamos de técnicas y equipo para ubicar las perdidas de corriente por recubrimiento deteriorado pero no podemos medir la corriente que fluye por el tubo, solamente en el punto de inyección de corriente.

                Roberto Cruz Salinas

                31 julio, 2013 at 16:13

                • ah ok pues yo he estado mirando y no es muy complicado,a todos los efectos la tubería es un conductor infinito y el campo magnético que genera esta corriente tendría su centro en el centro del tubo, así que su MIDES en el exterior pues estatuas midiendo un campo magnético a x centímetros del centro, se puede hacer, sobre todo con corrientes tan altas

                  cuningan

                  31 julio, 2013 at 16:57

  9. hola estoy fabricando un generador de hidrógeno para coche y necesito medir la corriente de la celda.
    Esta tendrá una corriente máxima de 50 A. La pregunta es la siguiente: ¿Que calibre de Alambre y numero de vueltas tengo que usar para construir la bobina?

    Diego Cardenas

    24 julio, 2013 at 5:38

    • Pues no creo que tu opción número uno sea una bobina, más bien un amperímetro de eBay que los hay a patadas y baratos.

      cuningan

      24 julio, 2013 at 6:41

  10. Muy bueno el artículo. Decidí armarlo ya que tengo un proyecto en el que necesito justamente tener una idea de la corriente que está circulando por un equipo. Me encuentro con que no puedo descargar el archivo (debido al cierre de megaupload). Es factible descargarlo de algún otro sitio?, espero la respuesta. Muchas Gracias.

    Alejo

    2 mayo, 2012 at 15:14

    • Ya esta actualizado, te hago dos recomendaciones, procura tener un campo muy amplio y asegurarte que la variación de B ( campo ) genera una buena variación de tensión a la salida del sensor Hall, sobre todo para usar un Arduino como lector del sensor, ya que el Arduino solo variara su lectura con una variación de 4,88 miliVoltios.

      cuningan

      3 mayo, 2012 at 16:24


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