sábado, 31 de mayo de 2014

Más sobre los Hall


Hace ya bastantes meses, publiqué en este blog un artículo (Hall versus Reed) en el cual daba a conocer la posibilidad de utilizar sensores de efecto Hall como detectores de paso en nuestras maquetas de una forma muy similar al conocido sistema basado en interruptores reed.

Desde luego, yo pasé a utilizarlos en mi maqueta inmediatamente, con resultados totalmente satisfactorios, asi que me he dedicado a recomendarlos a todo aquél que me ha querido oir. Parece que ha habido bastantes seguidores en este tema y desde luego lo que está claro es que el citado artículo es el que tiene más comentarios y también uno de los más visitados del blog (más de 2.500 visitas a día de hoy).

Sin embargo, hay una cosa que quizá ha desanimado a algunos lectores: me refiero a que como yo, en artículos posteriores, he descrito mi sistema de detección de trenes, que es muy particular, porque es un sistema electrónico cuya misión es informar al programa que controla la maqueta de qué sensor es el que se activa cada vez, se puede haber dado la falsa impresión de que estos elementos necesitan toda una parafernalia electrónica detrás, lo cual, es evidentemente incierto.

A la izquierda: sensor Hall
A la derecha: Sensor Reed
Así que para aquellos de tengan esta duda, aclaro que la utilización de sensores Hall es solo un poco más complicada que la utilización de sensores de tipo Reed, y que por otro lado tiene la ventaja de que su sensibilidad es bastante mayor, por lo que la detección es totalmente segura. Puedo decir, que en mi maqueta, donde están instalados desde hace más de dos años, no he notado nunca que haya habido un fallo de detección.

Sin embargo, sólo había usado los detectores Hall en mi maqueta, donde se emplean, como decía, para activar un circuito electrónico que genera una dirección binaria distinta para cada sensor. Sin embargo, en las últimas semanas, como ha quedado reflejado en este blog, he construido un circuito de pruebas, precisamente con la intención de probar un sistema de acantonamiento clásico, es decir basado en relés biestables y sensores de paso. Ni se me ocurrió utilizar otra cosa que no fuesen sensores Hall, y por supuesto han funcionado a la primera sin problema ninguno. Uno tiende a no dar importancia a las cosas que no dan problemas, así que ni había comentado esta circunstancia, hasta que he caído en la cuenta de que había utilizado los sensores Hall como sensores de paso en la forma clásica, es decir haciéndolos actuar directamente sobre las bobinas de los relés, cosa que yo no había hecho hasta hora, a pesar de que tengo información de que si lo han hecho varios lectores de este blog. Como además ha coincidido que he recibido también alguna consulta conteniendo algún problema sobre este tema, creo que es conveniente repasar el tema.

En primer lugar voy a poner el esquema de conexión de un relé biestable de dos bobinas con dos sensores reed:


He utilizado un relé biestable del tipo V23079-B1203-B301 que es el que yo recomiendo siempre porque tiene un precio ajustado (unos 3 €) y es muy adecuado para usar en nuestras maquetas.

SW1 y SW2 son dos interruptores Reed que son los que serán activados por los imanes de las locomotoras cuando éstas pasen por encima. El circuito se alimenta con una fuente de continua de unos 12 Voltios.

Se ve que el positivo de la fuente está conectado permanentemente a las patillas 1 y 6 del relé que son extremos de las bobinas. Así que si conectamos al negativo los otros extremos, que son respectivamente 12 y 7 , la bobina se activará y el relé se moverá. Como es un relé biestable el relé se queda movido, de manera que si activamos la bobina que hay entre 1 y 12 se quedará conectada la patilla 4 a la 5 y la 9 a la 8 y permanecerán así hasta que no activemos la bobina situada entre 6 y 7, en cuyo momento se conectará 4 a 3 y 9 a 10.

Queda claro que un relé biestable de este tipo tiene dos bobinas y por lo tanto necesitamos dos interruptores, uno para cada una de éstas, Estos interruptores son los reed SW1 y SW2 que como podemos ver, cuando se activan, conectan respectivamente los puntos 12 y 7 del relé al negativo de la fuente.

Bien, pues si hacemos lo mismo con sensores Hall el esquema es el siguiente:


Como se ve, el esquema es idéntico, salvo por el hecho de que los sensores Hall tienen tres terminales. Dos de ellos funcionan exactamente igual que con los Reed y el tercero sencillamente se conecta al positivo de la alimentación.

Hay que tener una precaución: los sensores Reed no tienen polaridad, de manera que sus dos terminales funcionan igual y no hay que saber cuál es cual. En cambio los sensores Hall si tienen que conectarse exactamente de la forma indicada, es decir el terminal 1 (véase la imagen de la cabecera) que es el Vcc al positivo de la alimentación, El terminal 2 (GND) al negativo y el terminal 3 (OUT) es el que va al terminal de la bobina correspondiente del relé. A efectos prácticos cuando se activa el sensor Hall por el paso de una locomotora con imán, lo que ocurre es que el terminal OUT se une al GND de forma idéntica a lo que hacen los Reed.

Solamente habrá que tener una precaución adicional: Los reed detectan cualquier polo del imán, pero los Hall (A1120EUA-T) sólo detectan el polo sur. Asi que si vemos que un imán no activa los sensores Hall, lo que hay que hacer es darle la vuelta, poniendo la cara que miraba hacia abajo, mirando hacia arriba.

Si se utilizan los Hall que he indicado A1120EUA-T y los relés que también he indicado V23079-B1203-B301. No vamos a tener ningún problema. De hecho, los hemos visto funcionando en los vídeos de los tres artículos anteriores de este blog.

En el siguiete vídeo vemos una forma fácil de instalar sensores Hall en una vía de escala Z



Pero voy a señalar algunos problemas que nos podemos encontrar: En primer lugar, cuando se habla de interruptores reed, son todos prácticamente iguales, habiendo solo unos pocos tipos según el tamaño, pero todos en esencia hacen lo mismo.  Sin embargo cuando hablamos de sensores Hall la variedad es muy grande, y el funcionamiento es muy diverso. Los hay desde tan sensibles que detectan el campo magnético terrestre, hasta los que solo se activan con fuertes campos magnéticos. También los hay que detectan solo el polo norte, o solo el polo sur o ambos, y además la salida puede ser proporcional al valor del campo magnético o ser "chopper" o sea solo dos valores de salida

El que yo he recomendado A1120EUA-T se llama concretamente Chopper Stabilized Precision Hall Effect Switch o sea que no es proporcional, en definitiva que actúa como un interruptor: conectado o desconectado. Se activa con un campo magnético de 35 Gauss. y solo con el polo sur magnético. Funciona con tensiones de entre 3 y 24 Voltios. El precio es de alrededor de 1,30 Euros

Un dato importante es que la máxima intensidad que soporta es de 25 miliamperios. Esta cifra es desde luego bastante inferior a lo que soporta cualquier reed, asi que puede haber una limitación por este lado.

Por ejemplo, hace tiempo un comunicante me dijo que no conseguía hacer funcionar unos desvios mediante sensores Hall. El problema es que un desvío de escala Z como era el caso, tiene una resistencia de unos 25 ohmios, de manera que conectado a 10 Voltios que es la tensión de accesorios de esta escala, requiere una corriente de 10 / 25 = 400 mA. Naturalmente el Hall no puede soportar esa corriente y se estropea. Desde luego hay soluciones muy fáciles, como usar un transistor Darligton o un circuito ULN2803 para amplificar la corriente, pero problamente en este caso es más apropiado utilizar un Reed, que soporta normalmente 500 mA sin problema. En definitiva: no debe tratar de usarse un sensor Hall para accionar directamente desvíos (no digamos nada en otras escalas donde un motor de desvío puede consumir 2 Amperios!)

Un problema parecido, aunque menos grave surge cuando usamos los sensores Hall  en su misión habitual, es decir formando parte de un sistema de acantonamiento, moviendo por lo tanto relés como el V23079-B1203-B301 que he recomendado. La resistencia de la bobina de estos relés es de  1,029 KOhm asi que conectado a 12 Voltios requiere una intensidad de 0,012 Amperios o sea 12 Miliamperios.

Como el Hall puede soportar 25 miliamperios parece que está sobrado, pero no olvidemos que en un sistema de acantonamiento cada sensor actúa sobre dos bobinas, la del cantón que se cierra y la del cantón que se abre. Asi que en total se requieren 24 miliamperios y si el Hall resiste 25 está pero que muy justito. En las pruebas que he hecho desde luego ha funcionado perfectamente.

Pero no hay que perder esto de vista, porque puede haber problemas: De hecho a mi me surgió uno. En el capítulo anterior (El Efecto Agarpin) comenté que mi intención había sido utilizar el mismo sensor Hall que ya usaba para los relés de acantonamiento, para activar también los relés de los inhibidores. También comenté que había tenido problemas y tuve que poner un sensor adicional en cada cantón para los inhibidores. Bién pues el problema era éste. Un tercer relé movido por un único sensor Hall requería ya una una corriente que sobrepasaba la capacidad del sensor.

También hace poco mantuve un cruce de correos con un comunicante que estaba haciendo un acantonamiento con relés y sensores Hall, y comentaba que uno por uno le funcionaban bien, pero que cuando los ponía en la maqueta y conectaba  unos a otros dejaban de funcionar. Aquí el problema es que este amigo había usado unos relés mucho más potentes que los V23079-B1203-B301. Desde luego podían conmutar una gran potencia, pero el problema es que requerían más intensidad para funcionar. Asi cuando funcionaba uno solo, el sensor Hall lo soportaba, pero cuando ponía dos en paralelo para hacer el acantonamiento, ya se pasaba de la intensidad admisible. La solución, por lo tanto fue sencillamente cambiar a los relés que recomiendo, que además son más pequeños y baratos que los que quería usar. Realmente estos relés pueden conmutar circuitos de 60W de potencia, asi que son más que suficientes para cualquier aplicación de una maqueta de trenes.

No quisiera acabar este artículo, sin mencionar otras dos ventajas de los sensores Hall respecto de los Reed. La primera es que los Reed resultan relativavente frágiles, porque están constituidos por una ampolla de vidrio muy fino. Una vez colcados es difícil que se rompan, pero durante su manipulación podemos fácilmente romper la ampolla. La otra es de tipo estético: un sensor Hall colocado en la vía de escala Z o escala N recuerda mucho a las balizas de los diversos sistemas de control de los ferrocarriles reales, Sin embargo el tubito de vidrio de los sensores reed, resulta mucho más "cantoso".

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