Dispositivo de efecto Hall para gaussímetro de aproximadamente 1 tesla

Parece que la mayoría de los sensores en el mercado están hechos para rangos muy bajos a medios de hasta 300 mT, como ya observó.
Los elementos Hall en sí mismos generalmente permiten intensidades de campo del orden de unos pocos Tesla, pero el rango está limitado por la electrónica.

Algunos sensores permiten aplicar un voltaje de compensación, que se aplica a la señal antes de su posterior procesamiento. Por ejemplo, tuve estudiantes que intentaron medir campos de hasta 1,2 T en su configuración que constaba de 4 imanes de neodimio y un yugo de hierro:

Utilizaron el "sistema CASSY", uno de esos sistemas listos para medir que se usan en escuelas y universidades para experimentos. Tenía una sonda con elemento hall y era capaz de medir +/-1T (más precisamente: -1.024...+1.023, ¿lo ves?). El sistema podría "calibrarse" definiendo la lectura actual como 0T. Entonces, pusieron el sensor en algún lugar con -0.4T, lo "calibraron" y pudieron medir más de 1T. Los datos se veían bien, pero no verificamos la linealidad en ese rango.

Por lo tanto, puede valer la pena buscar elementos de pasillo puros sin más electrónica, que son un poco difíciles de encontrar.

Encontré hallsensors.de que ofrecen, por ejemplo, el CYAJ166A para campos de hasta 3T.

Otro distribuidor es AKM .

Sin embargo, estos elementos de la sala tienen una gran dispersión, por lo que debe calibrar sus sensores. Puede usar un "imán de referencia" que mide con uno de estos sensores de 300 mT para obtener un valor preciso y calibrar su sensor contra él.

Hay muchas opciones. Si alguno de ellos es práctico dependerá físicamente de la situación que desee medir.

Es cierto que la mayoría de los sensores de efecto Hall comerciales utilizan campos bajos. No he podido encontrar ninguno de campo alto con una búsqueda rápida en Google, lo que no quiere decir que no existan, simplemente no se ofrecen a los usuarios aficionados.

El campo alto no dañará un sensor Hall, por lo que podría intentar calibrar la región de saturación. Esperaría que la incertidumbre de la deriva degradara cualquier sentido restante de precisión, pero puede valer la pena intentarlo, si puede encontrar un método confiable para obtener un campo fuerte y conocido.

Si conociera la dirección del campo, el uso de un sensor fuera del eje daría como resultado un componente en el eje (medido) más pequeño. El uso de dos sensores en ejes ligeramente diferentes y la rotación del conjunto hasta que ambos proporcionen la misma magnitud de salida alinearían el campo fuerte entre sus ejes, por lo que se aseguraría automáticamente de que el campo al eje del sensor estuviera en un ángulo de la mitad de los sensores. ángulo mutuo.

La forma de Old Skool de hacer esto depende del movimiento, el flujómetro integrador. Se coloca una bobina en la parte del campo que debe medirse y luego se retira a una gran distancia, donde el flujo es despreciable. El voltaje que genera la bobina se integra durante el proceso de eliminación mediante un integrador de 'condensador envuelto alrededor de un amplificador operacional'. El voltaje en la salida del amplificador operacional representa el cambio de flujo en cualquier momento. La extracción de la bobina no tiene que realizarse a ninguna velocidad, siempre que sea lo suficientemente rápida para el integrador. Con un amplificador operacional de polarización de entrada baja, TL071 por ejemplo, debería poder usar muchos segundos.

Si bien el movimiento puede verse como una desventaja, si tiene un instrumento de mesa con una sonda, hay momentos en los que querrá colocar la sonda en este espacio, o en ese espacio, empleando el mismo movimiento que necesitaría. hacer la medida. ¿Cómo se encuentra una región de flujo cero? Voltee la sonda y observe la salida de integración, si cambia, hay un flujo significativo y necesita alejarse más de sus imanes.

La calibración de un flujómetro integrador depende del área de la bobina, el número de vueltas y el valor del capacitor utilizado en el integrador. Puede resolverlo a partir de principios básicos o calibrarlo con un sensor Hall. Idealmente, harías ambas cosas y las compararías.

Si bien es cierto que envolver el sensor en ferrita o hierro reduciría el campo que ve, no puedo pensar en ninguna forma práctica de hacer que dicho arreglo sea lineal o calibrable de forma remota.

Divulgación: trabajo para esta empresa.

Da la casualidad de que la empresa para la que trabajo produce sensores de efecto Hall que están calibrados hasta 3,5 Tesla.

Sensores Hall de Lake Shore

Puede que no tenga sentido para una configuración casual, pero lo menciono solo para mostrar la existencia de tales elementos sensores.

Los campos magnéticos alternos pueden inducir voltaje en una bobina de alambre, por lo que si solo estuviera interesado en los campos magnéticos alternos, podría usar una bobina. Simplemente tenga en cuenta el número de vueltas y el radio de la bobina. Luego, emplea la ley de Faraday:

Por lo tanto, todo lo que tiene que hacer es medir el voltaje a través de la bobina cuando el flujo a través de ella está cambiando, y usar un circuito integrador activo (por ejemplo, con un amplificador operacional) o integrar la señal numéricamente. La integración numérica suele dar lugar a una deriva, ya que es una aproximación, así que ajuste la señal mediante un filtrado de paso alto. Aquí hay un código de Matlab que puede usar para realizar esta integración:

% V is the measured voltage across the coil
% N is the number of turns
% A is the cross sectional area of the core
% t are time points of acqusition / integration
% f_cutoff is the cutoff frequency of the high-pass filter (below the
%   frequency that you expect to measure but higher than the frequency of
%   drift)
% rate is the sampling rate

dB = -V/(N*A);
B = cumtrapz(t, dB);

[d, c] = butter(2, f_cutoff/rate, 'high');
Bfilt = filter(d, c, B);

Dicho sensor podría diseñarse para manejar hasta 2 T de flujo magnético.