Magnetometr, czasem nazywany także gaussomierzem, mierzy siłę pola magnetycznego. Jest to ważne narzędzie do sprawdzania magnesów trwałych i elektromagnesów oraz do zrozumienia kształtu konfiguracji pól niestandardowych magnesów. Przy wystarczającej czułości wykrywa także namagnesowane żelazne przedmioty. Zmienne w czasie pola z silników i transformatorów można wykryć, jeśli sonda jest wystarczająco czuła.
W tym artykule Kreator powie Ci, jak zrobić prosty przenośny magnetometr z typowymi komponentami: liniowym czujnikiem Halla, Arduino, wyświetlacz i przycisk. Całkowity koszt wynosi mniej niż 5 euro, a czułość wynosi ~ 0,01 mT w zakresie od -100 do + 100 mT. Jest to lepsze niż można by oczekiwać po takim urządzeniu. Aby uzyskać dokładne odczyty, należy skalibrować przyrząd, a kreator opisuje również ten proces.
Narzędzia i materiały:
-SS49E liniowy czujnik Halla;
-Arduino Uno;
-SSD1306 - 0.96 ”monochromatyczny wyświetlacz OLED z interfejsem I2C;
-Mikro przycisk;
- długopis;
-3 cienkie skrętki;
Rura termokurczliwa o grubości -12 cm (1,5 mm);
- Pudełko z tworzywa sztucznego (18 x 46 x 83 mm);
-Przełącznik;
-Bateria 9 V;
-Bateria na akumulator;
Krok pierwszy: teoria
Możesz użyć smartfona do pomiaru pola magnetycznego. Smartfony zwykle zawierają 3-osiowy magnetometr, ale zwykle jest zoptymalizowany do słabego pola magnetycznego Ziemi ~ 1 Gauss = 0,1 mT. Lokalizacja czujnika w telefonie nie jest znana i nie jest możliwe umieszczenie czujnika w wąskich otworach, takich jak otwór elektromagnesu.
Efekt Halla jest powszechnym sposobem pomiaru pól magnetycznych. Gdy elektrony przepływają przez przewodnik w polu magnetycznym, odchylają się w bok, tworząc w ten sposób różnicę potencjałów po bokach przewodnika. Przy odpowiednim doborze materiału i geometrii półprzewodnika uzyskuje się mierzalny sygnał, który można wzmocnić i zapewnić pomiar jednego elementu pola magnetycznego.
Kreator używa taniego i powszechnie dostępnego czujnika SS49E.
Oto jego cechy charakterystyczne:
• Energooszczędny
• Wygodny interfejs PCB
• Stabilny niski poziom hałasu
• Zakres napięcia zasilania od 2,7 V DC do 6,5 V DC
• Czułość 1,4 mV / G
• Czas reakcji: 3mks
• Liniowość (% zakresu) 0,7%
• Zakres temperatur roboczych od -40 ° C do 100 ° C
Czujnik jest kompaktowy, ~ 4x3x2 mm. Mierzy składową pola magnetycznego prostopadłego do jego przedniej powierzchni. Czujnik jest bipolarny i ma 3 styki - Vcc Gnd Out
Krok drugi: deska do krojenia chleba
Najpierw kreator montuje obwód na płycie chleba. Łączy czujnik Halla, wyświetlacz i przycisk: Czujnik Halla musi być podłączony do + 5 V, GND, A1 (od lewej do prawej). Wyświetlacz musi być podłączony do GND, + 5 V, A5, A4 (od lewej do prawej). Po naciśnięciu przycisku konieczne jest ustanowienie uziemienia w A0.
Kod został napisany i pobrany przy użyciu Arduino IDE w wersji 1.8.10. Wymaga instalacji bibliotek Adafruit_SSD1306 i Adafruit_GFX.
Wyświetlacz powinien pokazywać wartość prądu stałego i wartość prądu przemiennego.
Kod można pobrać poniżej.
Magnetometer.ino
Krok trzeci: czujnik
Czujnik Halla najlepiej zainstalować na końcu wąskiej rurki. To ustawienie jest bardzo wygodne i można je łatwo umieścić w wąskich otworach. Zda się każda pusta rurka wykonana z materiału niemagnetycznego. Mistrz użył starego długopisu.
Musisz przygotować trzy cienkie elastyczne przewody, które są dłuższe niż rura. Przylutowano przewody do nóg czujnika, izolowane.
Krok czwarty: budowanie
Bateria 9 V, ekran OLED i Arduino Nano mieszczą się wygodnie w pudełku Tic-Tac. Zaletą jest to, że jest przezroczysty, dzięki czemu wartości na ekranie są dobrze odczytywane w środku. Wszystkie stałe elementy (czujnik, przełącznik i przycisk) są przymocowane do góry, dzięki czemu można wyjąć całe urządzenie z pudełka w celu wymiany baterii lub zaktualizowania kodu.
Mistrz nie był fanem akumulatorów 9 V, są drogie i mają małą pojemność. Ale lokalny supermarket nagle sprzedał akumulator NiMH za 1 euro każdy. Można je łatwo naładować, jeśli są zasilane napięciem 11 V przez rezystor 100 omów przez noc. Aby podłączyć baterię, master wykorzystuje styki starej baterii 9 V. Bateria 9 V jest kompaktowa. Z baterii + podawanej na Vin Arduino, minus na GND. Na wyjściu +5 V napięcie wyświetlacza i czujnika Halla będzie regulowane na poziomie 5 V.
Sonda Halla, ekran OLED i przycisk są połączone w taki sam sposób, jak na płycie chlebowej. Jedynym dodatkiem jest to, że przycisk włączania / wyłączania jest zainstalowany między baterią 9 V a Arduino.
Krok piąty: Kalibracja
Stała kalibracji w kodzie odpowiada liczbie wskazanej w opisie technicznym (1,4 mV / gaus), ale opis techniczny pozwala na szeroki zakres (1,0-1,75 mV / gaus). Aby uzyskać dokładne wyniki, musimy skalibrować sondę.
Najłatwiejszym sposobem na wytworzenie pola magnetycznego o ściśle określonej sile jest użycie elektromagnesu.
Do obliczeń przyjmuje się następujący wzór: B = mu0 * n * I. Stała magnetyczna jest stała mu0 = 1,2566x10 ^ -6 T / M / A. Pole jest jednorodne i zależy tylko od gęstości uzwojeń ni prądu I, które można zmierzyć z dobrym dokładność (~ 1%). Powyższy wzór w tym przypadku działa, jeśli stosunek długości do średnicy L / D> 10.
Aby wykonać odpowiedni elektromagnes, musisz wziąć pustą cylindryczną rurę o L / D> 10 i owinąć uzwojenie. Mistrz użył rurki PCV o zewnętrznej średnicy 23 mm. Liczba zwojów wynosi 566. Rezystancja wynosi 10 omów.
Następnie zasila cewkę i mierzy prąd za pomocą multimetru. Do sterowania prądem wykorzystuje źródło napięcia przemiennego lub rezystor o zmiennym obciążeniu. Mierzy pole magnetyczne dla kilku bieżących ustawień i porównuje je z odczytami.
Przed kalibracją czujnik wykazywał 6,04 mT, podczas gdy teoretycznie wynosił 3,50 mT. Dlatego master pomnożył stałą kalibracji w wierszu 18 kodu przez 0,58. Magnetometr jest teraz skalibrowany.
