Diseño y construcción de un teslámetro digital embebido para la caracterización magnética de materiales

Design and Construction of an Embedded Digital Teslameter for the Magnetic Characterization of Materials

Se presenta el diseño, construcción y validación de un teslámetro digital embebido para uso en experimentos de caracterización magnética de materiales por métodos inductivos y estáticos. El teslámetro se compone de un transductor de efecto Hall THS119 de tipo planar, con salida diferencial ajustable a diferentes rangos de medida, un amplificador de instrumentación INA129P con ganancia ajustable y un microcontrolador PIC16F873A con convertidor ADC de 10 bits para el procesamiento digital de los datos, visualización de las medidas en una pantalla de cristal líquido, almacenamiento y transferencia de los datos al computador vía puerto serie. El sistema es adaptable a transductores de campo magnético con salida simple o diferencial y con diferentes rangos de medida; es sensible a cambios en la intensidad y la polaridad del campo magnético aplicado y cuenta con una sensibilidad efectiva de 5,0 V/T e incertidumbre de 0.5 10-3T para el transductor de efecto Hall THS119. El prototipo desarrollado fue comparado con un teslámetro comercial PHYWE 13610.90.

1 INTRODUCCIÓN

Los transductores de campo magnético constituyen una herramienta indispensable en los experimentos de caracterización magnética de materiales. El campo magnético aplicado sobre la muestra bajo estudio, bien sea alterno o continuo, debe ser medido con la mayor exactitud posible con el fin de obtener de manera confiable las propiedades magnéticas de la muestra, tales como campo magnético de saturación, campo magnético coercitivo, susceptibilidad magnética, coeficiente Hall, coeficiente de magnetorresistencia, entre otras.La evolución en los procesos de microfabricación y purificación del silicio ha permitido desarrollar transductores de efecto Hall cada vez más compactos, con bajas pérdidas por corrientes de fuga inversas y con sensibilidades ajustables a los campos magnéticos típicos de los laboratorios de magnetometría, que varían en el orden de unos cuantos Teslas. La producción a escala industrial también ha permitido reducir ampliamente los costos de este tipo de transductores, haciéndolos comunes en áreas como la magnetometría [1], industria automovilística [2], robótica [3] y ciencia básica [4]. Teniendo en cuenta la conveniencia de los transductores Hall para medidas de campo magnético en espacios reducidos, tales como los presentes en las regiones interpolares de electroimanes de laboratorio, bobinas de pequeños diámetros, entrehierros de motores, parlantes, entre otros, es una buena opción para estas aplicaciones implementar teslámetros dedicados compactos, compuestos por transductores Hall más etapas analógicas de acondicionamiento de señal y circuitos digitales basados en microcontroladores, los cuales ejecutan el procesamiento de la señal de campo magnético, permitiendo no solo visualizar las medidas en una pantalla sino gestionar los datos adquiridos, para que estos puedan ser almacenados en memoria y ser recuperados en el momento en que el usuario lo desee.