Desenvolvimento e análise de um sensor de corrente a partir do efeito Hall

Abstract

Em diversas aplicações de engenharia e em projetos acadêmicos, a medição de corrente elétrica é uma necessidade fundamental. Entretanto, o acesso a sensores comerciais de alto desempenho é frequentemente limitado pelo custo. Diante deste cenário, apresenta-se neste trabalho um estudo sobre o desenvolvimento de um sensor de corrente não invasivo de baixo custo, utilizando como princípio de funcionamento o efeito Hall. Configura-se como problema central a determinação da viabilidade e dos limites práticos de desempenho de uma solução de baixo custo, operando em malha aberta. Justifica-se esta pesquisa pela potencial contribuição ao desenvolvimento de alternativas acessíveis a sensores comerciais onerosos e pela avaliação de dados práticos, com potencial benefício para projetos acadêmicos e didáticos. Tem-se como objetivo geral o desenvolvimento, a construção e a caracterização de um protótipo de sensor de corrente não invasivo de baixo custo, baseado no sensor Hall linear SS49E e em um núcleo toroidal de ferrite, avaliando-se seus limites práticos de desempenho para medição de correntes contínuas e alternadas. Para tanto, foi construído um suporte mecânico com impressão 3D, seguido da montagem do protótipo e da realização de ensaios experimentais para caracterização em corrente contínua e análise da resposta em frequência. Como resultados, obteve-se uma boa linearidade com histerese máxima de 1,10 A para correntes próximas a 1 A e uma frequência de corte em CA de 22 kHz.

In multiple engineering applications and academic projects, the measurement of electric current is a fundamental necessity. However, access to high-performance commercial sensors is often limited by cost. In this context, this work presents an investigation into the development of a low-cost, non-intrusive current sensor based on the Hall effect principle. The main problem is to determine the feasibility and practical performance limits of a low-cost, open-loop solution. This research is justified by its potential contribution to the development of accessible alternatives to expensive commercial sensors and by the evaluation of practical data, with potential benefits for academic and educational projects. The general objective is the development, construction, and characterization of a low-cost, non-intrusive current sensor prototype based on the SS49E linear Hall sensor and a ferrite toroidal core, evaluating its practical performance limits for measuring direct and alternating currents. To this end, a mechanical support was built using 3D printing, followed by the assembly of the prototype and the execution of experimental tests for direct current characterization and frequency response analysis. As a result, good linearity was obtained with an error of 0.93 A for currents close to 1 A and an AC cutoff frequency of 22 kHz.