DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN INSTRUMENTO PROTOTIPO PARA LA MEDICIÓN DE CAMPO MAGNÉTICO HOMOGÉNEO SINUSOIDAL EN BAJA FRECUENCIA(Design and construction of a prototype device for measuring sinusoidal homogeneous magnetic fields in low frequencies)

Mario

Description

Resumen
En este artículo se describe el diseño y construcción de un equipo prototipo para la medición de campo magnético homogéneo sinusoidal con frecuencia de trabajo de 60 Hz, utilizando como principal herramienta un sensor de efecto Hall.
El medidor cuenta con tres etapas de construcción, patronamiento del sensor de efecto Hall, programación del microcontrolador y visualización en pantalla. El patronamiento cuenta con dos etapas, fi ltrado de la señal de alimentación a la bobina de Helmholtz y calibración del sensor de efecto Hall. La parte fi nal es la simulación del campo magnético en COMSOL como verifi cación del funcionamiento, tanto del elemento generador como del equipo medidor.
Abstract
This paper describes the design and construction of a prototype equipment for measuring homogeneous magnetic fi eld with working frequency sinusoidal 60 Hz, using as the main tool hall effect sensor.
The meter has three stages of construction, patterns hall effect sensor, microcontroller programming and screen display. The employer has two stages, gating power to the Helmholtz coil and calibration of the Hall Effect sensor. The fi nal part is the simulation of the magnetic fi eld performance verifi cation COMSOL as both a generator and the measuring equipment.

Sujets

• Solénoïde
• Helmholtz coil
• Band-pass filter
• Solenoid

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• Publié le: 01 janvier 2011
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• Langue: Español

Extrait

re-creaciones
Diseño y construcción de un instrumento
prototipo para la medición de campo magnético
homogéneo sinusoidal en baja frecuencia
Design and construction of a prototype device for measuring
sinusoidal homogeneous magnetic fields in low frequencies
MARIO ALBERTO GONZÁLEZ MUÑOZ
Tecnólogo en electricidad. Operador de Subestaciones de FYR Ingenieros Ltda.
Bogotá, Colombia. [e-mail]
Clasificación del artículo: Investigación (Recreaciones)
Fecha de recepción: 23 de mayo de 2011 Fecha de aceptación: 29 de agosto de 2011
Palabras clave: Bobina Helmholtz, campo magnético homogéneo, ltro LC, solenoide.
Key words: Helmholtz coil, homogeneous magnetic eld, LC lter, solenoid.
del elemento generador como del equipo me-RESUMEN
didor.
En este artículo se describe el diseño y cons-
ABSTRACT trucción de un equipo prototipo para la me-
dición de campo magnético homogéneo si-
This paper describes the design and construction of nusoidal con frecuencia de trabajo de 60 Hz,
utilizando como principal herramienta un sen- a prototype equipment for measuring homogeneous
sor de efecto Hall. magnetic eld with working frequency sinusoidal
60 Hz, using as the main tool hall effect sensor.
El medidor cuenta con tres etapas de construc-
The meter has three stages of construction, pat-ción, patronamiento del sensor de efecto Hall,
terns hall effect sensor, microcontroller program-programación del microcontrolador y visua-
ming and screen display. The employer has two lización en pantalla. El patronamiento cuenta
stages, gating power to the Helmholtz coil and con dos etapas, ltrado de la señal de alimen-
calibration of the Hall Effect sensor. The nal tación a la bobina de Helmholtz y calibración
del sensor de efecto Hall. La parte nal es la part is the simulation of the magnetic eld perfor-
simulación del campo magnético en COMSOL mance veri cation COMSOL as both a generator
como veri cación del funcionamiento, tanto and the measuring equipment.
diseño y construcción de un instrumento pr Tecnura ototipo para la medición de campo magnético homogéneo Vol. 15 No. 30 pp. 111 - 128 Julio - Diciembre de 2011 111
sinusoidal en baja frecuencia
MARIO ALBERTO GONZÁLEZ MUÑOZre-creaciones
* * *
tural esférico elaboró un mapa de las direcciones 1. INTRODUCCIÓN
tomadas por una aguja al colocarla en diversos
puntos de la super cie de la esfera. Encontró que Una problemática que existe en la actualidad es la
las direcciones formaban líneas que rodeaban la falta de calidad y seguridad integral en el sector
esfera pasando a través de dos puntos diametral-eléctrico y al mismo tiempo el incumplimiento
mente opuestos el uno del otro a los cuales llamo, del Retie en la instalación y diseño de estructuras
los polos del imán.y equipos eléctricos.
El campo magnético se conoce como una región El grupo de investigación CEM (Compatibili-
de espacio en la cual una carga eléctrica puntual dad electromagnética) de la Universidad Distrital
de valor q, que se desplaza a una velocidad y Francisco José de Caldas, Facultad Tecnológica
sufre los efectos de una fuerza que es perpendi-está dedicado al estudio de interferencias electro-
cular y proporcional, tanto a la velocidad v como magnéticas, campos eléctricos, campos magné-
al campo B. Así, dicha carga percibirá una fuerza ticos y su objetivo es el de encontrar formas de
descrita con la siguiente igualdad [1-3].atenuar o eliminar estas interferencias, al mismo
tiempo que estudiarlas y comprender su existen-
cia; asociado con estos temas se genera el pro- (1)Fqv B
yecto diseño y construcción de un instrumento
prototipo para la medición de campos magnéti-
2.1.1 Campo magnético homogéneo
cos homogéneos sinusoidales en baja frecuencia,
como necesidad para la medición de este fenóme-
Se dice que el campo magnético es homogéneo,
no físico el cual está presente en todo momento.
cuando las partículas cargadas se mueven en una
trayectoria circular, cuyo plano es perpendicular El estudio realizado permite medir la incidencia de
a B (Campo Magnético) y su intensidad depende campo magnético que se genera sobre un equipo,
del diseño y composición de la bobina que se uti-
y al mismo tiempo, comparar las lecturas con lo
lice y de la fuerza magnética que se ejerce sobre establecido en el reglamento nacional, dándole así
la carga [3].una utilidad mayor y una utilización a futuro para
que se pueda emplear en el análisis y la incidencia
Esto indica que la fuerza magnética está en una que tienen los campos magnéticos en los equipos
dirección perpendicular tanto a la velocidad como electrónicos y en las instalaciones en general.
al campo magnético que tiene un comportamiento
homogéneo.
2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
La magnitud de F se expresa de la siguiente for-
ma:2.1 Campos magnéticos
Fq vB sin sin (2)
El fenómeno del magnetismo fue conocido por
los griegos desde el año 800 a.C. Ellos descubrie- Donde es el ángulo formado entre el campo
ron que ciertas piedras, ahora conocidas como magnético y la velocidad de la carga. Cuando la
velocidad v es opuesta al campo magnético, B, magnetita (Fe O ), atraían piezas de hierro. En 3 4
1269 Pierre de Maricourt, mediante un imán na- F=0. Cuando el ángulo entre velocidad y campo
112 Tecnura Vol. 15 No.30 Julio - Diciembre de 2011re-creaciones
dor de éste y como este campo es constante en
cada circunferencia se calcula fácilmente la inte-
gral de línea a lo largo de cada circunferencia.
Esta integral es igual a la intensidad de corrien-
te circulante en el alambre, multiplicada por una
constante.
Bdr 4k I (3)m
Ese resultado es el mismo para cualquier circun-
ferencia y para cualquier trayectoria a lo largo
Fig. 1. Comportamiento de un campo magnético ho-
del alambre. La integral de campo magnético en
mogéneo.
una trayectoria cerrada es igual a la constante de
Fuente: Serway Raymond, Electricidad y Elec-
permeabilidad magnética por la intensidad de co-tromagnetismo, Tercera edición, pág. 186.
rriente que pasa por el alambre.
es 0, F = qvB, esto cuando la velocidad v es per-
pendicular al campo magnético, B. A esto se le conoce como ley de Ampere:
En la Fig. 1, se observa el comportamiento de una Bdr I (4)0carga, q, en un campo magnético homogéneo. Se
observa que la fuerza magnética se dirige al cen-
2.3 Ley de Biot-Savarttro, para este caso de la bobina. Lo cual el campo
magnético B, entra a la bobina, como lo repre-
Jean Batiste Biot y Feliz Savart, con sus resulta-sentan las cruces. Un campo homogéneo implica
dos experimentales llegaron a una expresión de la una intensidad de campo magnético permanente y
que se obtiene el campo magnético en un punto constante, que no presente oscilaciones en los dos
dado del espacio en términos de la corriente que extremos de la bobina, en especial, el centro de la
produce el campo [3].misma el campo sea constante.
La ley de Biot-Savart establece que si un alambre
2.2 Ley de ampere
conduce una corriente constante I, el campo mag-
nético dB en un punto P debido a un elemento ds
La ley de Ampere es una descripción matemática
tiene las siguientes propiedades. del campo magnético, al mismo tiempo semejante
y diferente al campo eléctrico, en el sentido que el El vector dB es perpendicular tanto a ds (el
campo magnético es una manifestación del campo cual tiene la dirección de la corriente) como
eléctrico cuando intervienen movimientos relati- al vector unitario dirigido desde el elemento
vos entre las fuentes. En el caso de con guracio- hasta el punto P.
nes simples de corriente, la ley de Ampere descri-
La magnitud de dB es inversamente propor-
be cómo la fuente primordial de campo magnético
cional a r2 donde r es la distancia desde el
son cargas eléctricas en movimiento [3].
elemento hasta el punto P.
La magnitud de dB es proporcional a la co-La corriente en un alambre rectilíneo crea circun-
ferencias de campo magnético constante alrede- rriente y a la longitud ds del elemento.
diseño y construcción de un instrumento prototipo para la medición de campo magnético homogéneo 113
sinusoidal en baja frecuencia
MARIO ALBERTO GONZÁLEZ MUÑOZ
re-creaciones
La magnitud dB es proporcional al ángulo a
sen , donde es el ángulo entre el vector ds
y .
La ley de Biot-Savart puede ser resumida en:
ds R 0
(5)dB *
24 r

La ley de Biot-Savart proporciona el valor del

campo magnético en un punto dado para un pe-
queño elemento del conductor. Para encontrar el
Fig. 2. Efecto Hall.
campo magnétic