Magnetometrs, ko dažreiz sauc arī par gassmetru, mēra magnētiskā lauka stiprumu. Tas ir svarīgs rīks pastāvīgo magnētu un elektromagnētu pārbaudei un nestandarta magnētu lauka konfigurācijas formas izpratnei. Ar pietiekamu jutīgumu tas var atklāt arī magnetizētus dzelzs priekšmetus. Laika mainīgos laukus no motoriem un transformatoriem var noteikt, ja zonde ir pietiekami jutīga.
Šajā rakstā vednis jums pateiks, kā padarīt vienkāršu pārnēsājamu magnetometru ar kopīgiem komponentiem: lineāru Hall sensoru, Arduino, displejs un poga. Kopējās izmaksas ir mazākas par 5 eiro, un jutība ir ~ 0,01 mT diapazonā no -100 līdz + 100 mT. Tas ir labāk nekā jūs varētu gaidīt no šādas ierīces. Lai iegūtu precīzus nolasījumus, jums ir jākalibrē instruments, un vednis arī apraksta šo procesu.
Instrumenti un materiāli:
-SS49E lineārais zāles sensors;
-Arduino Uno;
-SSD1306 - 0,96 ”vienkrāsains OLED displejs ar I2C interfeisu;
-Mikro poga;
- lodīšu pildspalva;
-3 plānas stieples;
-12cm plāna (1,5 mm) saraušanās caurule;
-Plastmasas kaste (18x46x83 mm);
-Slēdzis;
-Baterijas 9V;
-Akumulatora turētājs;
Pirmais solis: teorija
Lai izmērītu magnētisko lauku, varat izmantot viedtālruni. Viedtālruņos parasti ir 3 asu magnetometrs, taču tas parasti tiek optimizēts vājam Zemes magnētiskajam laukam ~ 1 Gauss = 0,1 mT. Sensora atrašanās vieta tālrunī nav zināma, un sensoru nav iespējams ievietot šauros caurumos, piemēram, elektromagnēta caurumā.
Halles efekts ir izplatīts veids, kā izmērīt magnētiskos laukus. Kad elektroni plūst caur vadītāju magnētiskajā laukā, tie novirzās uz sāniem un tādējādi rada potenciāla atšķirības diriģenta sānos. Ar pareizu materiāla izvēli un pusvadītāja ģeometriju tiek iegūts izmērāms signāls, kuru var pastiprināt, un var nodrošināt magnētiskā lauka vienas sastāvdaļas mērīšanu.
Vednis izmanto lētu un plaši pieejamu sensoru SS49E.
Šīs ir tās īpašības:
• Energoefektīvs
• Ērts PCB interfeiss
• Stabils zems trokšņu līmenis
• Barošanas sprieguma diapazons no 2,7 V līdz 6,5 V DC
• Jutība 1,4mV / G
• Reakcijas laiks: 3mks
• Linearitāte (% no diapazona) 0,7%
• Darba temperatūras diapazons no -40 ° C līdz 100 ° C
Sensors ir kompakts, ~ 4x3x2 mm. Izmēra magnētiskā lauka komponentu perpendikulāri tā priekšējai virsmai. Sensors ir bipolārs, un tam ir 3 tapas - Vcc Gnd Out
Otrais solis: maizes dēlis
Pirmkārt, vednis montē shēmu uz maizes tāfeles. Savieno Halles sensoru, displeju un pogu: Halles sensoram jābūt savienotam ar + 5V, GND, A1 (no kreisās uz labo). Displejam jābūt savienotam ar GND, + 5 V, A5, A4 (no kreisās uz labo). Kad tiek nospiesta poga, ir nepieciešams izveidot zemes savienojumu pie A0.
Kods tika uzrakstīts un lejupielādēts, izmantojot Arduino IDE versiju 1.8.10. Nepieciešama Adafruit_SSD1306 un Adafruit_GFX bibliotēku instalēšana.
Displejā jāparāda tiešās strāvas vērtība un maiņstrāvas vērtība.
Kodu var lejupielādēt zemāk.
Magnetometrs.ino
Trešais solis: sensors
Halles sensoru vislabāk uzstādīt šauras caurules galā. Šis izvietojums ir ļoti ērts, un to var viegli ievietot šauru caurumu iekšpusē. To darīs jebkura doba caurule, kas izgatavota no nemagnētiska materiāla. Meistars izmantoja veco lodīšu pildspalvu.
Jums jāsagatavo trīs plāni elastīgi vadi, kas ir garāki par cauruli. Lodēti vadi pie sensora kājām, izolēti.
Ceturtais solis: Veidojiet
9 V akumulators, OLED ekrāns un Arduino Nano ērti iederas Tic-Tac kastē. Priekšrocība ir tā, ka tā ir caurspīdīga, tāpēc vērtības ekrānā ir labi lasāmas iekšpusē. Visas fiksētās sastāvdaļas (sensors, slēdzis un poga) ir piestiprinātas augšpusē, lai visu ierīci varētu izņemt no kastes, lai aizstātu akumulatoru vai atjauninātu kodu.
Meistars nebija 9 V bateriju ventilators, tie ir dārgi un ar mazu jaudu. Bet vietējais lielveikals pēkšņi pārdeva atkārtoti uzlādējamu NiMH versiju par katru 1 eiro. Tos var viegli uzlādēt, ja uz nakti tie tiek piegādāti ar 11 V jaudu caur 100 omu rezistoru. Lai pievienotu akumulatoru, kapteinis izmanto kontaktus no vecā 9 V akumulatora. 9 V akumulators ir kompakts. No akumulatora + pasniegts Vin Arduino, mīnus GND. Pie +5 V izejas displejam un zāles sensoram būs regulējams spriegums 5 V.
Hall zonde, OLED ekrāns un poga ir savienoti tāpat kā uz maizes dēļa. Vienīgais papildinājums ir tas, ka ieslēgšanas / izslēgšanas poga ir uzstādīta starp 9 V akumulatoru un Arduino.
Piektais solis: kalibrēšana
Kalibrēšanas konstante kodā atbilst skaitlim, kas norādīts tehniskajā aprakstā (1,4 mV / gauss), bet tehniskais apraksts pieļauj plašu diapazonu (1,0–1,75 mV / gauss). Lai iegūtu precīzus rezultātus, mums ir jākalibrē zonde.
Vienkāršākais veids, kā izveidot magnētisko lauku ar precīzi noteiktu spēku, ir izmantot solenoīdu.
Aprēķinam tiek ņemta šāda formula: B = mu0 * n * I. Magnētiskā konstante ir konstante mu0 = 1,2566x10 ^ -6 T / M / A. Lauks ir vienmērīgs un atkarīgs tikai no tinumu blīvuma n un strāvas I, ko var izmērīt ar labu precizitāte (~ 1%). Iepriekš minētā formula šajā gadījumā darbojas, ja garuma un diametra attiecība L / D> 10.
Lai izgatavotu piemērotu solenoīdu, jums jāuzņem doba cilindriska caurule ar L / D> 10 un jāuzvelk tinums. Meistars izmantoja PVC cauruli ar ārējo diametru 23 mm. Pagriezienu skaits ir 566. Pretestība ir 10 omi.
Pēc tam tas piegādā spolei enerģiju un mēra strāvu ar multimetru. Lai kontrolētu strāvu, tas izmanto maiņstrāvas avotu vai mainīgas slodzes rezistoru. Izmēra magnētisko lauku vairākiem pašreizējiem iestatījumiem un salīdzina to ar rādījumiem.
Pirms kalibrēšanas sensors parādīja 6,04 mT, savukārt teorētiski tas bija 3,50 mT. Tāpēc kapteinis reizināja kalibrēšanas konstanti koda 18. rindā ar 0,58. Tagad magnetometrs ir kalibrēts.
