Ένα μαγνητόμετρο, που μερικές φορές ονομάζεται επίσης γκασσόμετρο, μετρά τη δύναμη ενός μαγνητικού πεδίου. Αυτό είναι ένα σημαντικό εργαλείο για τον έλεγχο μόνιμων μαγνητών και ηλεκτρομαγνητών και για την κατανόηση του σχήματος των διαμορφώσεων πεδίων των μη τυποποιημένων μαγνητών. Με επαρκή ευαισθησία, μπορεί επίσης να ανιχνεύσει μαγνητισμένα αντικείμενα σιδήρου. Τα χρονικά μεταβαλλόμενα πεδία από τους κινητήρες και τους μετασχηματιστές μπορούν να ανιχνευθούν εάν ο αισθητήρας είναι επαρκώς ευαίσθητος.
Σε αυτό το άρθρο, ο Οδηγός θα σας πει πώς να κάνετε ένα απλό φορητό μαγνητόμετρο με κοινά στοιχεία: έναν γραμμικό αισθητήρα Hall, Arduino, οθόνη και πλήκτρο. Το συνολικό κόστος είναι μικρότερο από 5 ευρώ και η ευαισθησία είναι ~ 0,01 mT στην περιοχή από -100 έως + 100 mT. Αυτό είναι καλύτερο από αυτό που θα περίμενε κανείς από μια τέτοια συσκευή. Για να λάβετε ακριβείς μετρήσεις, πρέπει να βαθμονομήσετε το όργανο και ο οδηγός περιγράφει επίσης αυτή τη διαδικασία.
Εργαλεία και υλικά:
-SS49E γραμμικό αισθητήριο Hall?
-Arduino Uno;
-SSD1306 - 0,96 "μονόχρωμη οθόνη OLED με διεπαφή I2C?
-Μικρό κουμπί.
- Στυλό με σφαιρίδια.
-3 λεπτά σύρματα καλώδια?
-12cm λεπτό (1,5 mm) σωλήνα συρρίκνωσης?
-Πλαστικό κουτί (18x46x83 mm).
-Παρέκταση.
-Battery 9V;
-Διακόπτης μπαχαρίας.
Βήμα πρώτο: Θεωρία
Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα smartphone για να μετρήσετε το μαγνητικό πεδίο. Τα smartphones συνήθως περιέχουν ένα μαγνητόμετρο 3 αξόνων, αλλά συνήθως βελτιστοποιούνται για ένα ασθενές μαγνητικό πεδίο της Γης ~ 1 Gauss = 0,1 mT. Η θέση του αισθητήρα στο τηλέφωνο δεν είναι γνωστή και δεν είναι δυνατόν να τοποθετήσετε τον αισθητήρα μέσα σε στενές οπές, όπως η οπή ενός ηλεκτρομαγνήτη.
Το φαινόμενο Hall είναι ένας κοινός τρόπος μέτρησης των μαγνητικών πεδίων. Όταν τα ηλεκτρόνια ρέουν μέσω ενός αγωγού σε ένα μαγνητικό πεδίο, αποκλίνουν πλευρικά και έτσι δημιουργούν διαφορά δυναμικού στις πλευρές του αγωγού. Με τη σωστή επιλογή υλικού και τη γεωμετρία του ημιαγωγού επιτυγχάνεται μετρήσιμο σήμα, το οποίο μπορεί να ενισχυθεί και να παρέχει τη μέτρηση ενός συστατικού του μαγνητικού πεδίου.
Ο οδηγός χρησιμοποιεί έναν φθηνό και ευρέως διαθέσιμο αισθητήρα SS49E.
Εδώ είναι τα χαρακτηριστικά του:
• Ενεργειακή απόδοση
• Βολική διασύνδεση PCB
• Σταθερή χαμηλή απόδοση θορύβου
• Περιοχή τάσης τροφοδοσίας από 2,7V DC σε 6,5V DC
• Ευαισθησία 1,4mV / G
• Χρόνος απόκρισης: 3mks
• Γραμμικότητα (% της περιοχής) 0,7%
• Περιοχή θερμοκρασίας λειτουργίας από -40 ° C έως 100 ° C
Ο αισθητήρας είναι συμπαγής, ~ 4x3x2 mm. Μετρά το συστατικό του μαγνητικού πεδίου κάθετα προς την εμπρόσθια επιφάνεια. Ο αισθητήρας είναι διπολικός και διαθέτει 3 ακίδες - Vcc Gnd Out
Βήμα δεύτερο: breadboard
Πρώτον, ο οδηγός συναρμολογεί το κύκλωμα σε ένα πινέλο. Συνδέει τον αισθητήρα Hall, την οθόνη και το κουμπί: Ο αισθητήρας Hall πρέπει να συνδεθεί στα + 5V, GND, A1 (από αριστερά προς τα δεξιά). Η οθόνη πρέπει να συνδεθεί στο GND, + 5V, A5, A4 (από αριστερά προς τα δεξιά). Όταν πιέζετε το κουμπί, είναι απαραίτητο να πραγματοποιηθεί σύνδεση γείωσης στο A0.
Ο κώδικας γράφτηκε και μεταφορτώθηκε χρησιμοποιώντας την έκδοση 1.8.1 του Arduino IDE. Απαιτεί εγκατάσταση των βιβλιοθηκών Adafruit_SSD1306 και Adafruit_GFX.
Στην οθόνη πρέπει να εμφανίζεται η τιμή του συνεχούς ρεύματος και η τιμή εναλλασσόμενου ρεύματος.
Ο κώδικας μπορεί να τηλεφορτωθεί παρακάτω.
Magnetometer.ino
Βήμα τρίτο: Αισθητήρας
Ο αισθητήρας Hall τοποθετείται καλύτερα στο τέλος ενός στενού σωλήνα. Αυτή η διάταξη είναι πολύ βολική και μπορεί να τοποθετηθεί εύκολα μέσα σε στενές τρύπες. Οποιοσδήποτε κοίλος σωλήνας από μη μαγνητικό υλικό θα κάνει. Ο πλοίαρχος χρησιμοποίησε ένα παλιό στυλό.
Θα πρέπει να προετοιμάσετε τρία λεπτά εύκαμπτα καλώδια που είναι μεγαλύτερα από το σωλήνα. Στερεωμένα τα καλώδια στα πόδια του αισθητήρα, μονωμένα.
Βήμα τέσσερα: Κατασκευάστηκε
Η μπαταρία 9V, η οθόνη OLED και το Arduino Nano ταιριάζουν άνετα σε ένα κουτί Tic-Tac. Το πλεονέκτημα είναι ότι είναι διαφανές, έτσι ώστε οι τιμές στην οθόνη να διαβάζονται καλά μέσα. Όλα τα σταθερά εξαρτήματα (αισθητήρας, διακόπτης και κουμπί) είναι τοποθετημένα στην κορυφή έτσι ώστε ολόκληρη η μονάδα να μπορεί να αφαιρεθεί από το κουτί για να αντικαταστήσει την μπαταρία ή να ενημερώσει τον κωδικό.
Ο πλοίαρχος δεν ήταν οπαδός μπαταριών 9 V, είναι ακριβός και έχει μικρή χωρητικότητα. Αλλά το τοπικό σούπερ μάρκετ πούλησε ξαφνικά μια επαναφορτιζόμενη έκδοση NiMH για 1 ευρώ το καθένα. Μπορούν να επαναφορτιστούν εύκολα αν τροφοδοτούνται με τάση 11 V μέσω μίας αντίστασης 100 Ω κατά τη διάρκεια της νύχτας. Για τη σύνδεση της μπαταρίας, ο κύριος χρησιμοποιεί τις επαφές από την παλιά μπαταρία 9 V. Η μπαταρία 9V είναι συμπαγής. Από την μπαταρία + σερβίρεται στο Vin Arduino, μείον στο GND. Μια έξοδος +5 V θα έχει ρυθμιζόμενη τάση 5 V για την οθόνη και για τον αισθητήρα Hall.
Ο αισθητήρας Hall, η οθόνη OLED και το κουμπί είναι συνδεδεμένα με τον ίδιο τρόπο όπως στο πινέλο. Η μόνη προσθήκη είναι ότι το κουμπί on / off είναι εγκατεστημένο μεταξύ της μπαταρίας 9V και του Arduino.
Βήμα πέντε: Βαθμονόμηση
Η σταθερά βαθμονόμησης στον κώδικα αντιστοιχεί στον αριθμό που αναφέρεται στην τεχνική περιγραφή (1,4 mV / gauss), αλλά η τεχνική περιγραφή επιτρέπει ένα ευρύ φάσμα (1,0-1,75 mV / gauss). Για να έχουμε ακριβή αποτελέσματα, πρέπει να βαθμονομήσουμε τον καθετήρα.
Ο ευκολότερος τρόπος για να δημιουργήσετε ένα μαγνητικό πεδίο με μια επακριβώς καθορισμένη δύναμη είναι να χρησιμοποιήσετε μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα.
Για τον υπολογισμό λαμβάνεται ο ακόλουθος τύπος: B = mu0 * n * I. Η μαγνητική σταθερά είναι σταθερή mu0 = 1.2566x10 ^ -6 T / M / A. Το πεδίο είναι ομοιόμορφο και εξαρτάται μόνο από την πυκνότητα των περιελίξεων n και του ρεύματος I, ακρίβεια (~ 1%). Ο παραπάνω τύπος σε αυτή την περίπτωση λειτουργεί αν η αναλογία του μήκους προς τη διάμετρο L / D> 10.
Για να φτιάξετε μια σωστή ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα, πρέπει να τραβήξετε έναν κοίλο κυλινδρικό σωλήνα με L / D> 10 και να στρέψετε την περιέλιξη. Ο πλοίαρχος χρησιμοποίησε σωλήνα PVC με εξωτερική διάμετρο 23 mm. Ο αριθμός των στροφών είναι 566. Η αντίσταση είναι 10 ohms.
Στη συνέχεια τροφοδοτεί την πηνίο και μετρά το ρεύμα με ένα πολύμετρο. Για τον έλεγχο του ρεύματος, χρησιμοποιεί πηγή εναλλασσόμενου ρεύματος ή αντίσταση μεταβλητού φορτίου. Μετρά το μαγνητικό πεδίο για πολλές τρέχουσες ρυθμίσεις και το συγκρίνει με τις ενδείξεις.
Πριν από τη βαθμονόμηση, ο αισθητήρας έδειξε 6,04 mT, ενώ θεωρητικά ήταν 3,50 mT. Επομένως, ο κύριος αριθμός πολλαπλασιάζει τη σταθερά βαθμονόμησης στη γραμμή 18 του κώδικα κατά 0,58. Το μαγνητόμετρο έχει πλέον βαθμονομηθεί.
