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Medidor de Nível com Efeito Hall

A ideia era medir a distância de uma boia magnetítica até o fundo de um recipiente, onde estaria o sensor de efeito hall. O trabalho foi feito para uma disciplina de electromagnetismo e não foi feliz principalmente por uma ma escolha de modelo para o imã real mas também pela variação espacial da resolução da medida do efeito.
O Resultado pode ser conferido nesse vídeo e nesse pdf. Abaixo segue um fragmento do pdf.
Embora infeliz, o projeto possibilita o entendimento do efeito hall, do sensor que usa esse efeito e ntoas técnicas a respeito dos sensores.



Autores: Gabriel Figueiredo Becker e Vinicius Pacelli Santos de Faria

Introdução

Um sensor Hall ou sensor de efeito de Hall é um dispositivo capaz de transformar uma forma de energia em outra, por exemplo ao variar a sua tensão de saída, quando exposto a um campo magnético. Os sensores de efeito Hall são muitos utilizados em sistemas embarcados como veículos, para detectar posicionamento, velocidade, corrente, ponto de ignição, bem como na comutação, entre outras utilizações. Os elétrons de uma corrente podem sofrer deflexão quando atravessam um semicondutor, caso o mesmo se encontre submetido a um campo magnético. Esta deflexão causa o acúmulo de cargas em uma região de semicondutor que fica polarizada em suas extremidades. Esta polarização se manifesta em diferença de potencial elétrico, que é proporcional ao campo magnético. Sendo conhecidas as propriedades do campo magnético, a diferença de potencial causada e a distância do ímã ao semicondutor no eixo horizontal, pode-se determinar a distância vertical entre ambos.

Material

  • Sensor analógico de Efeito Hall - SS49E . Atenção para o fato de existirem diversos tipos de sensor hall!!
  • Arduino - mega 2560
  • Ímã de neodímio
  • Bóia de isopor
  • Aquário de vidro
  • Água
  • Régua
  • Hastes de arame
  • Protoboard (para testes)

Montagem

Tanque

Um aquário de vidro foi usado com a finalidade de simular um tanque de combustível onde o projeto foi idealizado.
A parte experimental do tanque foi construída utilizando um aquário de vidro, onde hastes de metal foram fixadas para determinar o eixo em que a bóia de isopor subiria ao introduzir a água.
O sensor de efeito hall foi acoplado ao fundo desse recipiente na área externa, evitando o contato com a água.
O ímã foi fixado e centralizado na bóia de isopor, de tal maneira a ficar posicionado à distância mínima do sensor para criar uma campo magnético na região.
O sistema funciona ao adicionar água ao recipiente, alterando a altura da bóia que contém o ímã e diminuindo a tensão do campo sobre o sensor.

Programa


O programa foi escrito em C++ e usa bibliotecas do arduino além de “math.h” para operações matemáticas.

#include "math.h"
const int hallSignal = A0;
// Variável a receber valor do sinal do sensor
void setup() {
  pinMode(hallSignal, INPUT);
  Serial.begin(9600);
}
float regressao (float field)
//Função que da o valor da posição baseado
//
//na regressão
{
  return pow((24.7 / field), 0.3333333); //Equação de regressão
}
void loop() {
  float Signal = analogRead(hallSignal); //hallSignal recebe sinal do sensor
  float Voltage = Signal * 5 / 1024;
  //Conversão de sinal analógico para //
  //
  //potencial
  float Field = Voltage * 100 / 1.58 - (258 / 1.58); //Conversão de potencial em campo
  //
  //magnético
  //Essa etapa imprime os resultados
  Serial.print(Voltage);
  Serial.print(" V");
  //Imprime potencial do sinal
  Serial.print(" - ");
  Serial.print(Field);
  Serial.print(" mT");
  //Imprime intensidade do campo
  Serial.print(" - ");
  Serial.print(regressao(Field));
  //Imprime distancia
  Serial.println(" cm");
  delay(500);
}

Discussão

Era esperado descobrir a tensão Hall no sistema estudado, uma vez que o sinal é a amplificado e por tanto não corresponde à tensão Hall real. A equação a ser usada para calcular essa tensão seria: V = B / (n*e*l) Onde ‘V’ é a tensão desejada , ‘B’ é a intensidade do campo magnético fornecida pelo sensor, ‘n’ é o número de portadores de carga elétrica por unidade de volume, ‘e’ é a carga do elétron e ‘l’ é o comprimento da fita onde ocorre o efeito Hall. O datasheet não fornece os valores ‘n’ e ‘l’, e não conseguimos encontrar na literatura o valor esperado desses valores para um transistor, possivelmente devido a uso de terminologia inadequada.6)

Conclusão

O projeto idealizado acabou não sendo compatível fielmente à realidade. Alguns problemas ocorreram, o que não tornou o experimento eficaz. Um desses problemas foi a utilização da linearização matemática para o tratamento da informação coletada durante as medições, o que impossibilitou o alcance ao objetivo inicial do projeto, provando-se ser um método ineficaz para esse tipo de tratamento de informação. Devem ser propostos métodos matemáticos mais sofisticados para a resolução desse problema. O decaimento não linear do campo magnético no espaço implica em esse sensor de nível ter resoluções diferentes para diferentes distâncias de forma que apenas é adequado quando a altura do tanque é pequena (não maior que 10cm).

projeto/medidor_nivel_com_efeito_hall.txt · Última modificação: 2017/12/20 23:17 por gabrielbckr