Et magnetometer, noen ganger også kalt et gaussmeter, måler styrken til et magnetfelt. Dette er et viktig verktøy for å sjekke permanente magneter og elektromagneter og for å forstå formen til feltkonfigurasjonene til ikke-standardmagneter. Med tilstrekkelig følsomhet kan den også oppdage magnetiserte jerngjenstander. Tidsvarierende felt fra motorer og transformatorer kan oppdages hvis sonden er tilstrekkelig følsom.
I denne artikkelen vil veiviseren fortelle deg hvordan du lager et enkelt bærbart magnetometer med vanlige komponenter: en lineær Hall-sensor, Arduino, display og knapp. Den totale kostnaden er mindre enn 5 euro, og følsomheten er ~ 0,01 mT i området fra -100 til + 100 mT. Dette er bedre enn du forventer av en slik enhet. For å få nøyaktige avlesninger, må du kalibrere instrumentet, og veiviseren beskriver også denne prosessen.
Verktøy og materialer:
-SS49E lineær Hall sensor;
-Arduino Uno;
-SSD1306 - 0,96 ”monokrom OLED-skjerm med I2C-grensesnitt;
-Mikroknapp;
- Kulepenn;
-3 tynnstrengede ledninger;
-12 cm tynt (1,5 mm) krymperør;
-Plastisk boks (18x46x83 mm);
-Pereklyuchatel;
-Batteri 9V;
-Batteriholder;
Trinn en: Teori
Du kan bruke en smarttelefon til å måle magnetfeltet. Smarttelefoner inneholder vanligvis et 3-akset magnetometer, men det er vanligvis optimalisert for et svakt magnetfelt på jorden ~ 1 Gauss = 0,1 mT. Plasseringen av sensoren på telefonen er ikke kjent, og det er ikke mulig å plassere sensoren i trange hull, for eksempel hullet i en elektromagnet.
Hall-effekten er en vanlig måte å måle magnetiske felt. Når elektroner strømmer gjennom en leder i et magnetfelt, avviker de sideveis og skaper dermed en potensiell forskjell på lederne. Med riktig materialvalg og halvlederens geometri oppnås et målbart signal som kan forsterkes og måling av en komponent i magnetfeltet kan sikres.
Veiviseren bruker en billig og allment tilgjengelig SS49E-sensor.
Her er dens egenskaper:
• Energieffektiv
• Praktisk PCB-grensesnitt
• Stabil lydeffekt
• Forsyningsspenningsområdet fra 2,7V DC til 6,5V DC
• Følsomhet 1,4 mV / G
• Svartid: 3mks
• Linearitet (% av rekkevidde) 0,7%
• Driftstemperaturområdet fra -40 ° C til 100 ° C
Sensoren er kompakt, ~ 4x3x2 mm. Måler komponenten av magnetfeltet vinkelrett på dens fremre overflate. Sensoren er bipolar og har 3 pinner - Vcc Gnd Out
Trinn to: brødbrett
Først monterer veiviseren kretsen på en brødplate. Kobler til Hall-sensor, display og knapp: Hall-sensoren må være koblet til + 5V, GND, A1 (fra venstre til høyre). Displayet må være koblet til GND, + 5V, A5, A4 (fra venstre til høyre). Når du trykker på knappen, er det nødvendig å etablere en jordforbindelse ved A0.
Koden ble skrevet og lastet ned ved hjelp av Arduino IDE versjon 1.8.10. Krever installasjon av Adafruit_SSD1306 og Adafruit_GFX-bibliotekene.
Displayet skal vise likestrømverdien og vekselstrømverdien.
Koden kan lastes ned nedenfor.
Magnetometer.ino
Trinn tre: Sensor
Hall-sensoren er best installert på enden av et smalt rør. Dette arrangementet er veldig praktisk og kan enkelt plasseres i trange hull. Ethvert hulrør laget av ikke-magnetisk materiale vil gjøre det. Mesteren brukte en gammel kulepenn.
Du må forberede tre tynne fleksible ledninger som er lengre enn røret. Loddet ledninger til bena på sensoren, isolert.
Trinn fire: Bygg
9V-batteriet, OLED-skjermen og Arduino Nano passer komfortabelt i en Tic-Tac-boks. Fordelen er at den er gjennomsiktig, så verdiene på skjermen blir godt lest inni. Alle faste komponenter (sensor, bryter og knapp) er festet til toppen slik at hele enheten kan tas ut av esken for å skifte batteri eller oppdatere koden.
Mesteren var ikke fan av 9 V-batterier, de er dyre og har en liten kapasitet. Men det lokale supermarkedet solgte plutselig en ladbar versjon av NiMH for 1 euro hver. De kan enkelt lades hvis de får 11 V strøm gjennom en 100 Ohm motstand over natten. For å koble til batteriet bruker masteren kontaktene fra det gamle 9 V-batteriet. 9V batteri er kompakt. Fra batteri + servert på Vin Arduino, minus på GND. Ved utgangen på +5 V vil det være en justerbar spenning på 5 V for displayet og for Hall-sensoren.
Hall-sonden, OLED-skjermen og knappen kobles til på samme måte som på brødbrettet. Det eneste tilskuddet er at av / på-knappen er installert mellom 9V-batteriet og Arduino.
Trinn fem: Kalibrering
Kalibreringskonstanten i koden tilsvarer tallet som er angitt i den tekniske beskrivelsen (1,4 mV / gauss), men den tekniske beskrivelsen tillater et bredt område (1,0-1,75 mV / gauss). For å få nøyaktige resultater, må vi kalibrere sonden.
Den enkleste måten å lage et magnetfelt med en nøyaktig definert kraft er å bruke en magnetventil.
For beregningen tas følgende formel: B = mu0 * n * I. Magnetkonstanten er konstant mu0 = 1,2566x10 ^ -6 T / M / A. Feltet er ensartet og avhenger bare av viklingens tetthet n og strøm I, som kan måles med god nøyaktighet (~ 1%). Ovennevnte formel fungerer i dette tilfellet hvis forholdet mellom lengde og diameter L / D> 10.
For å lage en passende magnetventil, må du ta et hul sylindrisk rør med L / D> 10 og vikle viklingen. Mesteren brukte et PVC-rør med en ytre diameter på 23 mm. Antall svinger er 566. Motstanden er 10 ohm.
Den leverer deretter strøm til spolen og måler strømmen med et multimeter. For å kontrollere strømmen bruker den en vekselstrømspenningskilde eller en variabel belastningsmotstand. Måler magnetfeltet for flere aktuelle innstillinger og sammenligner det med avlesningene.
Før kalibrering viste sensoren 6,04 mT, mens den i teorien var 3,50 mT. Derfor multipliserte mesteren kalibreringskonstanten i linjen 18 i koden med 0,58. Magnetometeret er nå kalibrert.
