5Universidad Distrital Francisco Jos de Caldas. Moya, Ortiz,
Ruiz. Sensores de corriente
[footnoteRef:1] [1: 21 de mayo de 2015, Sensores de corriente,
Asignatura: Instrumentacin y medidas, Universidad Distrital
Francisco Jos de Caldas.L. Ortiz Rodrguez, cursa Ingeniera
Elctrica, en la Universidad Distrital Francisco Jos de Caldas,
Bogot, Colombia, [email protected]. Ruiz, cursa
Ingeniera Elctrica, en la Universidad Distrital Francisco Jos de
Caldas, Bogot, Colombia, [email protected]. Moya
Hilarin, cursa Ingeniera Elctrica, en la Universidad Distrital
Francisco Jos de Caldas, Bogot, Colombia,
[email protected]]
LABORATORIO NO. 6 SENSORES DE CORRIENTE.
Ortiz L., Ruiz J., Moya S.
Resumen Este informe contiene el desarrollo de la prctica nmero
6, en la cual desarrollaremos e implementaremos un circuito que
consta de un sensor de corriente, el cual caracterizaremos en
estado dinmico con el fin de comparar la precisin y exactitud del
sensor con respecto al multmetro que se basa en el efecto hall. En
relacin a lo anterior en este documento encontraremos un marco
terico sobre el efecto hall, debido a que gracias a este trabaja el
sensor con el cual haremos mediciones con el fin de comparar los
datos obtenidos con los del multmetro.
Luego de graficar y comparar los datos obtenidos de las
mediciones hallaremos la sensibilidad del sensor y su exactitud,
para poder hacer los respectivos anlisis de resultados.
ndice de TrminosCorriente, efecto hall, Sensor,
sensibilidad.
Abstract This report contains the development of the practice
number 6, which will develop and implement a circuit consisting of
a current sensor, which characterize the dynamic state in order to
compare the precision and accuracy of the sensor relative to the
meter that based on the hall effect. In relation to the above we
will find herein a theoretical framework on the Hall effect,
because thanks to this sensor works with which we measurements in
order to compare the data obtained with the multimeter.
After graphing and comparing the data obtained from the
measurements we find the sensor sensitivity and accuracy, to make
the respective analysis results.
I. INTRODUCCIN
La corriente es una magnitud elctrica de gran importancia, la
cual requiere ser medida, ya que de esta depende la estabilidad de
un sistema. Debido a esto se han creado sensores, multmetros, los
cuales nos permiten saber el valor exacto de la corriente en
cualquier instante de tiempo.
En este informe hablaremos del sensor ACS712, el cual funciona
gracias al efecto Hall. El circuito integrado ACS712 permite la
medicin de la corriente directa o alterna fluyendo en un conductor.
La corriente que desea medirse, genera un campo magntico que el
sensor convierte en un voltaje proporcional en su salida,
utilizando el efecto Hall. Este voltaje a su vez es ledo por un
sistema microcontrolador a travs de un convertidor A/D para obtener
su valor RMS gracias al programa arduino el cual nos permite
visualizar valores en pantalla. Sin embargo es necesario conocer la
teora que existe detrs del sensor, ya que, gracias a esta podemos
saber que datos estamos comparando.
Dicho esto encontraremos a continuacin la curva de respuesta de
nuestros sensores utilizados, para analizarlos y luego observar su
comportamiento. Para de esta manera determinar las ventajas y
desventajas del sensor.II: OBJETIVOSObjetivo General Adquirir,
procesar y analizar datos obtenidos de un sensor de corriente
basado en efecto hall.Objetivos especficos
Analizar los datos obtenidos y hallar la sensibilidad del
sensor.
Relacionar e interpretar las magnitudes fsicas obtenidas en el
laboratorio.
Conocer la razn por la cual el sensor al sensar una corriente la
traduce en voltaje.
Verificar el funcionamiento de los sensores de efecto Hall con
salida lineal y con salida digital.
Tomar datos y realizar la curva caracterstica del sensor usado
en la prctica. MARCO REFERENCIAL
2.1. Efecto Hall
El efecto Hall, descubierto por Edwin C. Hall en 1879, consiste
en la produccin de una cada de voltaje a travs de un conductor o
semiconductor con corriente, bajo la influencia de un campo
magntico externo. Para esto es necesario que la direccin del campo
magntico sea perpendicular a la direccin de flujo de la
corriente
Figura1: Diagrama de bloques del funcionamiento del sensor.
El campo magntico transversal ejerce una fuerza desviadora
(Fuerza de Lorentz) sobre el conductor o semiconductor. Esta fuerza
causa la desviacin de los portadores de carga que se mueven a travs
del material. Como resultado, aparece una diferencia de potencial
Vab (denominada voltaje de Hall) entre los extremos del conductor.
Este voltaje es proporcional a la intensidad del campo magntico
aplicado y su polaridad depende del signo de los portadores de
carga.En la figura 2 se muestra un dispositivo experimental
destinado a medir el voltaje Hall. Sobre una corriente elctrica
acta un imn que produce un campo magntico (B). La fuerza magntica
(Fm) desva a las cargas mviles hacia uno de los lados del cable, lo
que implica que dicho lado queda con carga de ese signo y el
opuesto queda con carga del signo contrario. En consecuencia, entre
ambos se establece un campo elctrico y su correspondiente
diferencia de potencial o voltaje Hall.La obtencin experimental del
voltaje Hall, permite deducir la velocidad de los portadores de
carga y su concentracin, puesto que, desde que se alcanza la
situacin estacionaria, la fuerza elctrica ejercida sobre cada carga
(Fe= qE) se equilibra con la fuerza magntica [Fm= q(vxB)]. De ello
se deduce (consultardocumento vinculado) que el voltaje Hall es
directamente proporcional a la corriente elctrica y al campo
magntico y es inversamente proporcional al nmero de portadores por
unidad de volumen. Por lo tanto, con unsensor de efecto Hall, se
puede determinar la fuerza que ejerce un campo magntico si se
conoce la corriente a la que se aplica dicho campo, y
viceversa.
Figura 2DATASHEETACS714
Caractersticas Y Beneficios Bajo ruido de parte de la seal. 5s
de retardo en la respuesta de la seal 80 kHz de ancho de seal 1.2m
de resistencia interna 5 V de operacin Voltaje de salida
proporcional para corrientes AC y DC Histresis magntica cercana a
cero
MODELO
Figura 3DESCRIPCIN
El allegro ACS714 brinda soluciones econmicas y precisas para
corrientes AC y DC analizando sistemas dinmicos. Este dispositivo
est hecho para su fcil adaptacin y uso en los circuitos. Usos
tpicos como control de motores, manejo de seales y adaptacin,
proteccin de sobre corriente para proteccin del dispositivo.
Este dispositivo electrnico consiste en un sensor preciso y de
bajo Offset con una superficie conductora en cada pin. Aplicando
una corriente sobre este conductor se genera un campo magntico que
es censado por nuestro HALL IC y lo convierte en un voltaje
proporcional.
APLICACIN TIPICA
Figura 4 Conexin tpica del sensor
DIAGRAMA DE BLOQUES FUNCIONALFigura 5 Diagrama funcional del
sensor.
DIAGRAMA DE PINES
Figura 6 Datasheet del sensor.2.2 Multmetro
Un multmetro, tambin denominado polmetro, o tester, es un
instrumento elctrico porttil para medir directamente magnitudes
elctricas activas como corrientes y potenciales (tensiones) o
pasivas como resistencias, capacidades y otras.
Las medidas pueden realizarse para corriente continua o alterna
y en varios mrgenes de medida cada una. Los hay analgicos y
posteriormente se han introducido los digitales cuya funcin es la
misma (con alguna variante aadida).
2.2.1 AmpermetroPara que el polmetro trabaje como ampermetro
(Esquema 2) es preciso conectar una resistenciaen paralelo con el
instrumento de medida (vnculo). El valor dedepende del valor
enamperiosque se quiera alcanzar cuando la aguja alcance el fondo
de escala. En el polmetro aparecern tantas resistenciasconmutables
como valores diferentes de fondos de escala se quieran tener. Por
ejemplo, si se desean escalas de 10miliamperios, 100 miliamperios y
1 amperio y de acuerdo con las caractersticas internas el
instrumento de medida (vnculo), aparecern tres
resistenciasconmutables.Si se desean medir corrientes elevadas con
el polmetro como ampermetro, se suelen incorporar unasbornasde
acceso independientes. Los circuitos internos estarn construidos
con cable y componentes adecuados para soportar la corriente
correspondiente.Para hallarsabemos que se cumple:
DondeIes la intensidad mxima que deseamos medir (fondo de
escala), ()es la intensidad que circula por el galvanmetroela
corriente que pasa por la resistencia shunt ().A partir de la
relacin:
Que se deduce de laLey de Ohmllegamos al valor que debe tener la
resistencia shunt ():
De esta ecuacin se obtiene el valor deque hace que por
elgalvanmetropasenmA cuando en el circuito exterior circulan I
mA.
MATERIALES
Fuente AC (Variac) Sensor de corriente (ACS714ELCTR-05B-T
ALLEGRO MICROSYSTEMS).Nota: El sensor referido es una recomendacin
dada teniendo en cuenta precio y rango de medicin, es hasta de 5 A
segn la hoja de especificaciones. Este rango es el mximo a aplicar
dentro del laboratorio; por facilidad se informa en las referencias
el lugar donde se puede comprar el elemento. Carga, se recomienda
uso de una carga que pueda demandar una corriente mnima de 1
Amperio (por ejemplo motores asociados a licuadoras, secadores de
alta gama, etc ) Elementos necesarios para el uso del sensor
(condensadores) y para el acondicionamiento de la seal entregada si
se requiere (amplificadores)
PROCEDIMIENTO
Explique en que consiste el efecto Hall. Qu ventajas o
desventajas tienen los sensores de corriente basado en efecto Hall
con el uso de bobinas para la misma aplicacin? Revisar la hoja de
especificaciones del sensor a utilizar, comprender su conexin y
campo de aplicacin. Identificar la curva de respuesta esttica,
rango de trabajo, sensibilidad y precisin. Disee e implemente un
circuito para alimentar una carga previamente seleccionada.
Incorpore en este circuito el sensor de corriente y tome lecturas
de por lo menos 10 datos con intervalos escogidos por el grupo,
segn ciclo de trabajo de la carga seleccionada, los cuales debern
ser graficados (V/I) y contrastados con datos obtenidos mediante
lecturas simultneas realizadas con un multmetro. Analice y concluya
las diferencias obtenidas en el numeral 5 en el desarrollo de la
prctica.DATOS OBTENIDOS
Tabla 1
Voltaje de entrada Corriente de multmetroCorriente de sensor
50,0720,078
100,1530,16
150,2230,24
200,290,3
250,360,4
300,4320,452
350,520,55
400,5720,61
450,64320,66
500,7150,73
550,7860,79
600,8570,87
650,930,96
701,021,08
751,0721,1
801,151,17
Tabla1: En la tabla 1 se especifican los datos obtenidos en el
laboratorio, en el cual tenemos las mediciones obtenidas con el
sensor y el multmetro teniendo como referencia la entrada de
voltaje y una resistencia de 70
Figura 7. Curva caracterstica del multmetro
Figura 8. Curva caracterstica del sensor
ANLISIS DE DATOS
Explique el efecto HallCuando circula una corriente por un campo
magntico los electrones portadores de energa cambian su polaridad,
la cual crea una diferencia de potencial.
Qu ventajas o desventajas tienen los sensores de corriente
basado en efecto Hall con el uso de bobinas para la misma
aplicacin?Debemos tener en cuenta que el sensor es afectado por la
presencia cercana de campos magnticos intensos, se debe cuidar de
no operar el sensor en lugares con contaminacin magntica como cerca
de principalmente bobinas y condensadores. Para corregir estos
errores hay que colocar filtros en el sensor.
La frecuencia de operacin del microcontrolador (16MHz) permite
el muestreo de toda de la seal de baja frecuencia de 60 Hz, resulta
innecesarios circuitos adicionales de deteccin de pico de voltaje o
rectificadores en hardware, aunque estos pueden reducir el ruido
elctrico del dispositivo.
Los Elementos que componen el sensor pueden influir en el
porcentaje de error en la medicin.
Debido a que el sensor trabaja de una manera aproximada a una
funcin lineal, la pendiente de la curva de respuesta es la
sensibilidad del sensor (ver figura 8).
La precisin del sensor depende de la cantidad de datos que toma
el arduino por ciclos, sin embargo al crear el cdigo se busca un
promedio de los datos por ciclo. Esto con el fin de obtener una
mayor precisin.
Se encontr que el multmetro es ms exacto debido a que sus
mediciones son ms cercanas al valor esperado.CONCLUSIONES
No es aconsejable trabajar el sensor en ambientes contaminados
por campos magnticos, porque afectan el valor a medir.
Los sensores de efecto Hall nos permiten encontrar una relacin
entre la corriente y el voltaje indirectamente.
El sensor es un elemento pasivo, debido a que necesita una
alimentacin externa para su funcionamiento.
Se logr disear un sistema para la adquisicin de datos del
sensor, la cual permite visualizar los parmetros elctricos
asociados a l.
El sensor aprovecha las leyes de los campos magnticos y su
dependencia con la corriente elctrica.
Podemos relacionar el ampermetro con el sensor, ya que,
funcionan gracias a los campos magnticos (Ley de
Lenz)REFERENCIAS
[1] CREUS SOL, Antonio. Instrumentacin Industrial. 6 Ed.
Alfaomega, 1998. [2] (2015, Abr) Sitio Web:
http://www.elsiglodetorreon.com.mx/
[3] (2015, Abr) Sitio Web:
http://www.sapiensman.com/medicion_de_temperatura/termocuplas.htm
05/03/2014
[4] (2015, Abr) Sitio
Web:http://www.iesmarenostrum.com/departamentos/tecnologia/poten%20sensor.pdf
[5] (2015, Abr) Sitio Web:
http://solucionesdobin.com/index2.php?option=com_content&do_pdf=1&id=40
[6] (2015, Abr) Sitio Web:
http://www.natureduca.com/fis_elec_cvr08.phphttp://medirtemperatura.com/sensor-temperatura.php
Autores
Sergio D. Moya H.
Juan C. Ruiz.
Leonardo Ortiz R.
