מגנטומטר, לעיתים נקרא גם מד gaussmeter, מודד את חוזק שדה מגנטי. זהו כלי חשוב לבדיקת מגנטים קבועים ואלקטרומגנטים ולהבנת צורת תצורות השדה של מגנטים שאינם סטנדרטיים. ברגישות מספקת הוא יכול גם לזהות חפצי ברזל ממגנטיים. ניתן לאתר שדות המשתנים בזמן ממנועים ושנאים אם הגשש רגיש מספיק.
במאמר זה, הקוסם יגיד לך כיצד ליצור מגנטומטר נייד פשוט עם רכיבים משותפים: חיישן הול ליניארי, ארדואינו, תצוגה וכפתור. העלות הכוללת היא פחות מחמישה יורו, והרגישות היא ~ 0.01 מט"ט בטווח שבין -100 ל + 100 מט"ט. זה עדיף ממה שהייתם מצפים ממכשיר כזה. כדי לקבל קריאות מדויקות, עליכם לכייל את המכשיר, והאשף מתאר גם תהליך זה.
כלים וחומרים:
חיישן הול ליניארי -SS49E;
-ארדואינו אונו;
-SSD1306 - תצוגת OLED מונוכרום 0.96 אינץ 'עם ממשק I2C;
-כפתור מיקרו;
- עט כדורי;
-3 חוטים תקועים דקים;
צינור לכווץ דק -12 ס"מ (1.5 מ"מ);
-קופסה פלסטית (18x46x83 מ"מ);
-סוויץ ';
-סבר 9V;
-מחזיק באטריה;
שלב ראשון: תיאוריה
אתה יכול להשתמש בסמארטפון כדי למדוד את השדה המגנטי. הטלפונים החכמים בדרך כלל מכילים מגנטומטר 3 צירים, אך לרוב הוא מותאם לשדה מגנטי חלש של כדור הארץ ~ 1 גאוס = 0.1 mT. מיקומו של החיישן בטלפון אינו ידוע ולא ניתן למקם את החיישן בתוך חורים צרים, כמו חור של אלקטרומגנט.
אפקט ה- Hall הוא דרך נפוצה למדידת שדות מגנטיים. כאשר אלקטרונים זורמים במוליך בשדה מגנטי הם חורגים לרוחב וכך נוצרים הבדל פוטנציאלי בצדי המוליך. עם הבחירה הנכונה של החומר והגיאומטריה של מוליך המוליכים למחצה מתקבל אות מדיד, אותו ניתן להגביר וניתן להבטיח מדידה של רכיב אחד בשדה המגנטי.
האשף משתמש בחיישן SS49E זול וזמין באופן נרחב.
להלן המאפיינים שלה:
• אנרגיה יעילה
• ממשק PCB נוח
• תפוקת רעש נמוכה יציבה
• טווח מתח אספקה בין 2.7 וולט DC ל 6.5 וולט DC
• רגישות 1.4mV / G
• זמן תגובה: 3mks
• לינאריות (% מהטווח) 0.7%
• טווח טמפרטורת ההפעלה נע בין -40 ° C ל- 100 ° C
החיישן קומפקטי, ~ 4x3x2 מ"מ. מודד את מרכיב השדה המגנטי בניצב למשטח הקדמי שלו. החיישן דו קוטבי וכולל 3 סיכות - Vcc Gnd Out
שלב שני: לוח לחם
ראשית, הקוסם מרכיב את המעגל על לוח לחם. חיבור חיישן המסך, התצוגה והכפתור: חייבים לחבר את חיישן ההיכל ל- + 5V, GND, A1 (משמאל לימין). התצוגה חייבת להיות מחוברת ל- GND, + 5V, A5, A4 (משמאל לימין). עם לחיצה על הכפתור, יש צורך ליצור חיבור קרקעי ב- A0.
הקוד נכתב והורד באמצעות Arduino IDE גרסת 1.8.10. דורש התקנה של ספריות Adafruit_SSD1306 ו- Adafruit_GFX.
על התצוגה להציג את הערך הנוכחי הישיר ואת הערך הנוכחי החלופי.
ניתן להוריד את הקוד למטה.
מגנטומטר.ינו
שלב שלישי: חיישן
חיישן ה- Hall מותקן בצורה הטובה ביותר בסוף צינור צר. סידור זה נוח מאוד וניתן להציב אותו בקלות בתוך חורים צרים. כל צינור חלול העשוי מחומר לא מגנטי יעשה. המאסטר השתמש בעט כדורי ישן.
עליכם להכין שלושה חוטים גמישים דקים שאורכם מהצינור. הלחמו את החוטים לרגלי החיישן, מבודדים.
שלב רביעי: בנה
סוללת 9V, מסך OLED ו- Arduino Nano משתלבים בנוחות בתיבת טיק-טאק. היתרון הוא שהוא שקוף, כך שהערכים על המסך נקראים היטב בפנים. כל הרכיבים הקבועים (חיישן, מתג וכפתור) מחוברים לראש כך שניתן יהיה להסיר את כל היחידה מהקופסה כדי להחליף את הסוללה או לעדכן את הקוד.
המאסטר לא היה מאוורר של סוללות 9 וולט, הם יקרים ויש להם קיבולת קטנה. אולם הסופרמרקט המקומי מכר לפתע גרסה נטענת של NiMH תמורת 1 יורו כל אחד. ניתן לטעון אותם בקלות אם הם מקבלים כוח 11 וולט דרך נגן של 100 אוהם לילה. כדי לחבר את הסוללה, המאסטר משתמש במגעים מהסוללה הישנה של 9 וולט. סוללת 9V קומפקטית. מסוללה + המוגשת ב- Vin Arduino, מינוס ב- GND. בפלט של +5 וולט יהיה מתח מתכוונן של 5 וולט לתצוגה ולחיישן הול.
בדיקת האולם, מסך ה- OLED והכפתור מחוברים באותו אופן כמו על הלוח. התוספת היחידה היא שכפתור ההפעלה / כיבוי מותקן בין סוללת 9V לארדו-ארו.
שלב חמישי: כיול
קבוע הכיול בקוד תואם למספר המצוין בתיאור הטכני (1.4 mV / gauss), אך התיאור הטכני מאפשר טווח רחב (1.0-1.75 mV / gauss). כדי לקבל תוצאות מדויקות, עלינו לכייל את הגשושית.
הדרך הקלה ביותר ליצור שדה מגנטי עם כוח מוגדר במדויק היא להשתמש בסולנואיד.
לצורך החישוב נלקח הנוסחה הבאה: B = mu0 * n * I. הקבוע המגנטי קבוע mu0 = 1.2566x10 ^ -6 T / M / A. השדה אחיד ותלוי רק בצפיפות הפיתולים n וזרם I, אותו ניתן למדוד עם טוב דיוק (~ 1%). הנוסחה לעיל במקרה זה עובדת אם היחס בין אורך לקוטר L / D> 10.
כדי ליצור סולנואיד מתאים, אתה צריך לקחת צינור גלילי חלול עם L / D> 10 ולפתל את המתפתל. המאסטר השתמש בצינור PVC בקוטר חיצוני של 23 מ"מ. מספר הסיבובים הוא 566. ההתנגדות היא 10 אוהם.
לאחר מכן הוא מספק כוח לסליל ומודד את הזרם באמצעות מודד. כדי לשלוט בזרם, הוא משתמש במקור מתח AC או בנגד עומס משתנה. מודד את השדה המגנטי למספר הגדרות נוכחיות ומשווה אותו לקריאות.
לפני הכיול, החיישן הראה 6.04 מט, ואילו בתיאוריה הוא היה 3.50 מט. לכן המאסטר הכפיל את קבוע הכיול בשורה 18 של הקוד ב- 0.58. המגנטומטר מכויל כעת.
