Magnetometr, někdy také nazývaný gaussmetr, měří sílu magnetického pole. Toto je důležitý nástroj pro kontrolu permanentních magnetů a elektromagnetů a pro pochopení tvaru polních konfigurací nestandardních magnetů. S dostatečnou citlivostí dokáže také detekovat magnetizované železné předměty. Pokud je sonda dostatečně citlivá, lze detekovat časově proměnná pole od motorů a transformátorů.
V tomto článku Průvodce vysvětlí, jak vytvořit jednoduchý přenosný magnetometr s běžnými součástmi: lineární Hallov senzor, Arduino, displej a tlačítko. Celkové náklady jsou menší než 5 EUR a citlivost je ~ 0,01 mT v rozmezí od -100 do + 100 mT. To je lepší, než byste očekávali od takového zařízení. Chcete-li získat přesné hodnoty, musíte kalibrovat přístroj a průvodce tento proces také popisuje.
Nářadí a materiály:
-SS49E lineární Hallov senzor;
-Arduino Uno;
-SSD1306 - 0,96 ”monochromatický OLED displej s rozhraním I2C;
-Mikro tlačítko;
- Kuličkové pero;
-3 tenké lankové dráty;
Smršťovací trubice -12 cm (1,5 mm);
-Plastová krabička (18x46x83 mm);
-Switch;
-Baterie 9V;
- držák baterie;
První krok: Teorie
Pomocí smartphonu můžete změřit magnetické pole. Smartphony obvykle obsahují 3-osový magnetometr, ale obvykle jsou optimalizovány pro slabé magnetické pole Země ~ 1 Gauss = 0,1 mT. Poloha senzoru v telefonu není známa a není možné umístit senzor do úzkých otvorů, jako je otvor elektromagnetu.
Hallův efekt je běžný způsob měření magnetických polí. Když elektrony protékají dirigentem v magnetickém poli, odchylují se laterálně a vytvářejí tak potenciální rozdíl na stranách dirigenta. Správnou volbou materiálu a geometrie polovodiče se získá měřitelný signál, který lze zesílit a poskytnout měření jedné složky magnetického pole.
Průvodce používá levný a široce dostupný senzor SS49E.
Zde jsou jeho vlastnosti:
• Energeticky efektivní
• Pohodlné rozhraní PCB
• Stabilní nízkošumový výstup
• Rozsah napájecího napětí od 2,7 V do 6,5 V DC
• Citlivost 1,4 mV / G
• Doba odezvy: 3mks
• Linearita (% z rozsahu) 0,7%
• Rozsah provozních teplot od -40 ° C do 100 ° C
Senzor je kompaktní, ~ 4x3x2 mm. Měří složku magnetického pole kolmo k přední straně. Senzor je bipolární a má 3 piny - Vcc Gnd Out
Krok dva: prkénko
Nejprve sestaví obvod obvod na prkénku. Připojuje Hallovo čidlo, displej a tlačítko: Hallovo čidlo musí být připojeno k + 5V, GND, A1 (zleva doprava). Displej musí být připojen k GND, + 5V, A5, A4 (zleva doprava). Po stisknutí tlačítka je nutné navázat uzemnění na A0.
Kód byl zapsán a stažen pomocí Arduino IDE verze 1.8.10. Vyžaduje instalaci knihoven Adafruit_SSD1306 a Adafruit_GFX.
Na displeji by se měla zobrazit hodnota stejnosměrného proudu a hodnota střídavého proudu.
Kód si můžete stáhnout níže.
Magnetometer.ino
Krok 3: Senzor
Hallův snímač je nejlépe nainstalován na konci úzké trubice. Toto uspořádání je velmi pohodlné a lze jej snadno umístit do úzkých otvorů. Jakákoli dutá trubice vyrobená z nemagnetického materiálu to zvládne. Mistr použil staré kuličkové pero.
Musíte připravit tři tenké ohebné dráty, které jsou delší než trubice. Připájené vodiče k nohám senzoru, izolované.
Krok čtyři: Sestavte
Baterie 9V, OLED obrazovka a Arduino Nano se pohodlně vejdou do krabice Tic-Tac. Výhodou je, že je průhledný, takže hodnoty na obrazovce jsou dobře čitelné uvnitř. Všechny pevné komponenty (senzor, spínač a tlačítko) jsou připojeny k horní části, takže lze celou jednotku vyjmout z krabice a vyměnit baterii nebo aktualizovat kód.
Master nebyl fanoušek 9 V baterií, jsou drahé a mají malou kapacitu. Místní supermarket však najednou prodal nabíjecí verzi NiMH za 1 euro. Mohou být snadno dobity, pokud jsou přes noc napájeny prostřednictvím 100 ohmového rezistoru pomocí 11 V napájení. Pro připojení baterie používá master kontakty ze staré 9 V baterie. Baterie 9V je kompaktní. Z baterie + podávané na Vin Arduino, minus na GND. Výstup +5 V bude mít nastavitelné napětí 5 V pro displej a Hallův senzor.
Hallova sonda, OLED obrazovka a tlačítko jsou připojeny stejným způsobem jako na prkénku. Jediným dodatkem je, že tlačítko zapnutí / vypnutí je nainstalované mezi 9V baterií a Arduino.
Krok 5: Kalibrace
Kalibrační konstanta v kódu odpovídá číslu uvedenému v technickém popisu (1,4 mV / gauss), ale technický popis umožňuje široký rozsah (1,0 - 1,75 mV / gauss). Abychom dosáhli přesných výsledků, musíme kalibrovat sondu.
Nejjednodušší způsob, jak vytvořit magnetické pole s přesně definovanou silou, je použít solenoid.
Pro výpočet se použije následující vzorec: B = mu0 * n * I. Magnetická konstanta je konstanta mu0 = 1,2566x10 ^ -6 T / M / A. Pole je jednotné a závisí pouze na hustotě vinutí n a proudu I, které lze dobře měřit přesnost (~ 1%). Výše uvedený vzorec v tomto případě funguje, pokud poměr délky k průměru L / D> 10.
Chcete-li vytvořit vhodný solenoid, musíte vzít dutou válcovou trubku s L / D> 10 a navinout vinutí. Master použil trubku z PVC o vnějším průměru 23 mm. Počet otočení je 566. Odpor je 10 ohmů.
Poté dodává energii cívce a měří proud multimetrem. K řízení proudu používá zdroj střídavého napětí nebo odpor s proměnnou zátěží. Změří magnetické pole pro několik aktuálních nastavení a porovná jej s odečty.
Před kalibrací senzor vykázal 6,04 mT, zatímco teoreticky to bylo 3,50 mT. Master tedy vynásobil kalibrační konstantu v řádku 18 kódu hodnotou 0,58. Magnetometr je nyní kalibrován.
