Un magnetometru, numit uneori și gaussmetru, măsoară rezistența unui câmp magnetic. Acesta este un instrument important pentru verificarea magneților permanenți și electromagnetilor și pentru înțelegerea formei configurațiilor de câmp ale magneților non-standard. Cu o sensibilitate suficientă, poate detecta și obiecte de fier magnetizate. Câmpurile care variază în timp de la motoare și transformatoare pot fi detectate dacă sonda este suficient de sensibilă.
În acest articol, Vrăjitorul vă va spune cum să faceți un magnetometru portabil simplu cu componente comune: un senzor Hall liniar, Arduino, afișare și buton. Costul total este mai mic de 5 euro, iar sensibilitatea este de ~ 0,01 mT în intervalul de la -100 la + 100 mT. Acest lucru este mai bun decât vă așteptați de la un astfel de dispozitiv. Pentru a obține lecturi precise, trebuie să calibrați instrumentul, iar expertul descrie, de asemenea, acest proces.
Instrumente și materiale:
-S49E senzor de linie Hall;
-Arduino Uno;
-SSD1306 - afișaj OLED monocrom de 0,96 ”cu interfață I2C;
-Buton micro;
- stilou cu bilă;
-3 fire subțiri cu fir subțire;
-12cm subțire (1,5 mm) tub de contracție;
-Cutie din material plastic (18x46x83 mm);
-Pereklyuchatel;
-Baterie 9V;
-Pachet de baterie;
Pasul 1: Teorie
Puteți utiliza un smartphone pentru a măsura câmpul magnetic. Smartphone-urile conțin de obicei un magnetometru cu 3 axe, dar este de obicei optimizat pentru un câmp magnetic slab al Pământului ~ 1 Gauss = 0,1 mT. Locația senzorului pe telefon nu este cunoscută și nu este posibil să plasați senzorul în găuri înguste, cum ar fi gaura unui electromagnet.
Efectul Hall este o modalitate comună de a măsura câmpurile magnetice. Când electronii circulă printr-un conductor într-un câmp magnetic, aceștia se abat lateral și astfel creează o diferență de potențial pe laturile conductorului. Cu alegerea corectă a materialului și geometria semiconductorului, se obține un semnal măsurabil, care poate fi amplificat și măsurarea unei componente a câmpului magnetic.
Expertul utilizează un senzor SS49E ieftin și disponibil pe scară largă.
Iată caracteristicile sale:
• Eficient energetic
• Interfață PCB convenabilă
• Putere de zgomot stabil
• Tensiunea de alimentare de la 2,7V DC la 6,5 V DC
• Sensibilitate 1,4mV / G
• Timp de răspuns: 3mks
• Linearitate (% din interval) 0,7%
• Temperatura de operare este cuprinsă între -40 ° C și 100 ° C
Senzorul este compact, ~ 4x3x2 mm. Măsoară componenta câmpului magnetic perpendicular pe suprafața sa din față. Senzorul este bipolar și are 3 pini - Vcc Gnd Out
Pasul doi: panou
În primul rând, vrăjitorul asamblează circuitul pe o placă de pâine. Conectează senzorul, afișajul și butonul: Senzorul Hall trebuie conectat la + 5V, GND, A1 (de la stânga la dreapta). Ecranul trebuie conectat la GND, + 5V, A5, A4 (de la stânga la dreapta). Când este apăsat butonul, este necesar să se stabilească o conexiune la sol la A0.
Codul a fost scris și descărcat folosind Arduino IDE versiunea 1.8.10. Necesită instalarea bibliotecilor Adafruit_SSD1306 și Adafruit_GFX.
Afișajul ar trebui să arate valoarea curentului direct și valoarea curentului alternativ.
Codul poate fi descărcat mai jos.
Magnetometer.ino
Pasul trei: senzor
Senzorul Hall este cel mai bine instalat la capătul unui tub îngust. Acest aranjament este foarte convenabil și poate fi plasat cu ușurință în interiorul găurilor înguste. Orice tub gol din material non-magnetic va face acest lucru. Stăpânul a folosit un pix vechi.
Trebuie să pregătiți trei fire subțiri flexibile, care sunt mai lungi decât tubul. S-au sudat firele la picioarele senzorului, izolate.
Pasul patru: Construiți
Bateria de 9 V, ecranul OLED și Arduino Nano se potrivesc confortabil într-o cutie Tic-Tac. Avantajul este că este transparent, astfel încât valorile de pe ecran sunt bine citite în interior. Toate componentele fixe (senzor, comutator și buton) sunt atașate în partea de sus, astfel încât întreaga unitate poate fi scoasă din cutie pentru a înlocui bateria sau a actualiza codul.
Maestrul nu era un fan al bateriilor de 9 V, sunt scumpe și au o capacitate mică. Dar supermarketul local a vândut brusc o versiune reîncărcabilă de NiMH pentru 1 euro fiecare. Acestea pot fi reîncărcate cu ușurință dacă sunt furnizate peste noapte cu o putere de 11 V printr-o rezistență de 100 Ohm. Pentru a conecta bateria, maestrul folosește contactele din bateria veche de 9 V. Bateria de 9V este compactă. De la baterie + servit pe Vin Arduino, minus pe GND. La ieșirea de +5 V, va exista o tensiune reglabilă de 5 V pentru afișaj și pentru senzorul Hall.
Sonda Hall, ecranul OLED și butonul sunt conectate în același mod ca pe panoul de panou. Singura adăugare este că butonul de pornire / oprire este instalat între bateria de 9 V și Arduino.
Pasul cinci: calibrare
Constanta de calibrare a codului corespunde numărului indicat în descrierea tehnică (1,4 mV / gauss), dar descrierea tehnică permite o gamă largă (1,0-1,75 mV / gauss). Pentru a obține rezultate exacte, trebuie să calibrăm sonda.
Cel mai simplu mod de a crea un câmp magnetic cu o forță precisă definită este utilizarea unui solenoid.
Pentru calcul, se ia următoarea formulă: B = mu0 * n * I. Constanța magnetică este constantă mu0 = 1.2566x10 ^ -6 T / M / A. Câmpul este uniform și depinde numai de densitatea înfășurărilor n și curentului I, care poate fi măsurat cu bun precizia (~ 1%). Formula de mai sus în acest caz funcționează dacă raportul dintre lungime și diametru L / D> 10.
Pentru a face un solenoid adecvat, trebuie să luați o țeavă tubulară tubulară cu L / D> 10 și să înfășurați înfășurarea. Maestrul a folosit un tub din PVC cu un diametru exterior de 23 mm. Numărul de viraje este de 566. Rezistența este de 10 ohmi.
Apoi alimentează energie bobinei și măsoară curentul cu un multimetru. Pentru a controla curentul, utilizează o sursă de tensiune alternativă sau o rezistență de încărcare variabilă. Măsoară câmpul magnetic pentru mai multe setări curente și îl compară cu citirile.
Înainte de calibrare, senzorul arăta 6,04 mT, în timp ce în teorie era 3,50 mT. Prin urmare, masterul a înmulțit constanta de calibrare în linia 18 a codului cu 0,58. Magnetometrul este acum calibrat.
