Magnetometri, jota joskus kutsutaan myös gaussmetriksi, mittaa magneettikentän voimakkuutta. Tämä on tärkeä työkalu pysyvien magneettien ja sähkömagneettien tarkistamiseen ja epästandardien magneettien kenttäkokoonpanojen muodon ymmärtämiseen. Riittävällä herkkyydellä se pystyy havaitsemaan myös magnetoituneet rautaesineet. Moottorien ja muuntajien aikavaihtelevat kentät voidaan havaita, jos anturi on riittävän herkkä.
Ohjattu toiminto kertoo tässä artikkelissa, kuinka voit tehdä yksinkertaisen kannettavan magnetometrin, jolla on yleiset komponentit: lineaarinen Hall-anturi, Työläs, näyttö ja painike. Kokonaiskustannukset ovat alle 5 euroa ja herkkyys on ~ 0,01 mT välillä -100 - + 100 mT. Tämä on parempi kuin voit odottaa tällaiselta laitteelta. Tarkkojen lukemien saamiseksi sinun on kalibroitava instrumentti, ja ohjattu toiminto kuvaa myös tämän prosessin.
Työkalut ja materiaalit:
-SS49E lineaarinen Hall-anturi;
-Arduino Uno;
-SSD1306 - 0,96 ”yksivärinen OLED-näyttö I2C-liitännällä;
-Micro-painike;
- kuulakärkikynä;
-3 ohut lanka;
-12 cm ohut (1,5 mm) kutisteputki;
-Muovirasia (18x46x83 mm);
-Pereklyuchatel;
-Akku 9V;
-Akun pidike;
Vaihe yksi: teoria
Voit mitata magneettikenttää älypuhelimella. Älypuhelimet sisältävät yleensä 3-akselisen magnetometrin, mutta se on yleensä optimoitu maan heikkoa magneettikenttää varten ~ 1 Gauss = 0,1 mT. Anturin sijaintia puhelimessa ei tunneta, eikä anturia ole mahdollista sijoittaa kapeiden reikien, kuten sähkömagneetin reikien, sisään.
Hall-efekti on yleinen tapa mitata magneettikenttiä. Kun elektronit virtaavat johtimen läpi magneettikentässä, ne poikkeavat sivusuunnassa ja luovat siten potentiaalierojohtimen johtimen sivuilla. Materiaalin oikealla valinnalla ja puolijohteen geometrialla saadaan mitattava signaali, jota voidaan vahvistaa ja joka mittaa yhden magneettikentän komponentin.
Ohjattu toiminto käyttää halpaa ja laajalti saatavana olevaa SS49E-anturia.
Tässä on sen ominaisuudet:
• Energiatehokas
• Kätevä piirilevy
• Vakaa alhainen melutaso
• Syöttöjännitealue on 2,7 V DC - 6,5 V DC
• Herkkyys 1,4 mV / G
• Vastausaika: 3mks
• Lineaarisuus (% alueesta) 0,7%
• Käyttölämpötila-alueella -40 ° C - 100 ° C
Anturi on kompakti, ~ 4x3x2 mm. Mittaa magneettikentän komponenttia kohtisuorassa sen etupintaan nähden. Anturi on kaksinapainen ja siinä on 3 nastaa - Vcc Gnd Out
Vaihe toinen: leipälauta
Ensinnäkin velho kokoaa piirin leipälevylle. Yhdistää Hall-anturin, näytön ja painikkeen: Hall-anturin on oltava kytkettynä + 5V, GND, A1 (vasemmalta oikealle). Näyttö on kytkettävä GND, + 5V, A5, A4 (vasemmalta oikealle). Kun painiketta painetaan, on tarpeen luoda maadoitusyhteys pisteeseen A0.
Koodi kirjoitettiin ja ladattiin käyttämällä Arduino IDE -versiota 1.8.10. Edellyttää Adafruit_SSD1306- ja Adafruit_GFX-kirjastojen asennusta.
Näytön tulisi näyttää tasavirta-arvo ja vaihtovirta-arvo.
Koodin voi ladata alla.
Magnetometer.ino
Vaihe kolme: Anturi
Hall-anturi asennetaan parhaiten kapean putken päähän. Tämä järjestely on erittäin kätevä ja se voidaan helposti sijoittaa kapeiden reikien sisään. Kaikki ei-magneettisesta materiaalista tehdyt ontot putket tekevät. Mestari käytti vanhaa kuulakärkikynää.
Sinun on valmistettava kolme ohutta joustavaa johtoa, jotka ovat pidempiä kuin putki. Juotosjohdot anturin jalkoihin, eristetyt.
Vaihe neljä: Rakenna
9 V akku, OLED-näyttö ja Arduino Nano mahtuvat mukavasti Tic-Tac -laatikkoon. Etuna on, että se on läpinäkyvä, joten näytön arvot luetaan hyvin sisällä. Kaikki kiinteät komponentit (anturi, kytkin ja painike) on kiinnitetty yläosaan, jotta koko yksikkö voidaan poistaa laatikosta akun vaihtamiseksi tai koodin päivittämiseksi.
Master ei ollut 9 V paristojen tuuletin, ne ovat kalliita ja niillä on pieni kapasiteetti. Mutta paikallinen supermarket myi yhtäkkiä ladattavan version NiMH: sta 1 eurolla. Ne voidaan ladata helposti, jos niille annetaan 11 V virtaa 100 ohmin vastuksen kautta yön yli. Akun kytkemiseksi päällikkö käyttää vanhan 9 V: n akun koskettimia. 9 V akku on kompakti. Akusta + toimitetaan Vin Arduinolle, miinus GND. +5 V: n ulostulossa näytölle ja Hall-anturille on säädettävä 5 V: n jännite.
Hall-anturi, OLED-näyttö ja painike on kytketty samalla tavalla kuin leipäpöydälle. Ainoa lisäys on, että virtapainike on asennettu 9 V: n akun ja Arduinon väliin.
Vaihe viisi: kalibrointi
Koodin kalibrointivakio vastaa teknisessä kuvauksessa ilmoitettua lukua (1,4 mV / gauss), mutta tekninen kuvaus sallii laajan alueen (1,0-1,75 mV / gauss). Jotta saadaan tarkkoja tuloksia, meidän on kalibroitava anturi.
Helpoin tapa luoda magneettikenttä tarkasti määritellyllä voimalla on käyttää solenoidia.
Laskentaan otetaan seuraava kaava: B = mu0 * n * I. Magneettinen vakio on vakio mu0 = 1,2566x10 ^ -6 T / M / A. Kenttä on tasainen ja riippuu vain käämien tiheydestä n ja virrasta I, joka voidaan mitata hyvällä tarkkuus (~ 1%). Yllä oleva kaava toimii tässä tapauksessa, jos pituuden ja halkaisijan suhde L / D> 10.
Soveltuvan solenoidin valmistamiseksi sinun on otettava ontto lieriömäinen putki, jonka L / D> 10, ja käämitys. Päällikkö käytti PVC-putkea, jonka ulkohalkaisija oli 23 mm. Käännösten lukumäärä on 566. Vastus on 10 ohmia.
Sitten se syöttää virtaa kelaan ja mittaa virran yleismittarilla. Virran ohjaamiseksi se käyttää vaihtojännitelähdettä tai muuttuvaa kuormitusvastusta. Mittaa magneettikentän useille virta-asetuksille ja vertaa sitä lukemiin.
Ennen kalibrointia anturi osoitti 6,04 mT, kun taas teoriassa se oli 3,50 mT. Siksi isäntä kertoi kalibrointivakion koodin rivillä 18 0,58: lla. Magnetometri on nyt kalibroitu.
