Et magnetometer, nogle gange også kaldet et gaussmeter, måler styrken af et magnetfelt. Dette er et vigtigt værktøj til kontrol af permanente magneter og elektromagneter og til at forstå formen på feltkonfigurationer af ikke-standardmagneter. Med tilstrækkelig følsomhed kan det også registrere magnetiserede jerngenstande. Tidsvarierende felter fra motorer og transformere kan detekteres, hvis sonden er tilstrækkelig følsom.
I denne artikel fortæller guiden dig, hvordan man laver et simpelt bærbart magnetometer med almindelige komponenter: en lineær Hall-sensor, Arduino, display og knap. De samlede omkostninger er mindre end 5 euro, og følsomheden er ~ 0,01 mT i området fra -100 til + 100 mT. Dette er bedre, end du ville forvente af en sådan enhed. For at opnå nøjagtige aflæsninger skal du kalibrere instrumentet, og guiden beskriver også denne proces.
Værktøjer og materialer:
-SS49E lineær Hall sensor;
-Arduino Uno;
-SSD1306 - 0,96 ”monokrom OLED-skærm med I2C-interface;
-Mikro-knap;
- Kuglepen;
-3 tynde strandede ledninger;
-12 cm tyndt (1,5 mm) krympeslange;
-Plastisk kasse (18x46x83 mm);
-Pereklyuchatel;
-Battery 9V;
-Batteriholder;
Trin 1: Teori
Du kan bruge en smartphone til at måle magnetfeltet. Smartphones indeholder normalt et 3-akset magnetometer, men det er normalt optimeret til et svagt magnetfelt på Jorden ~ 1 Gauss = 0,1 mT. Placeringen af sensoren på telefonen er ikke kendt, og det er ikke muligt at placere sensoren inden i smalle huller, såsom hullet i en elektromagnet.
Hall-effekten er en almindelig måde at måle magnetiske felter på. Når elektroner strømmer gennem en leder i et magnetfelt, afviger de sideværts og skaber således en potentialforskel på lederne. Med det rigtige valg af materiale og geometri for halvlederen opnås et målbart signal, som kan forstærkes, og målingen af en komponent i magnetfeltet kan sikres.
Guiden bruger en billig og bredt tilgængelig SS49E-sensor.
Her er dens egenskaber:
• Energieffektiv
• Praktisk PCB-interface
• Stabil output med lav støj
• Forsyningsspændingsområdet fra 2,7 V jævnstrøm til 6,5V jævnstrøm
• Følsomhed 1,4 mV / G
• Svartid: 3mks
• Linearitet (% af rækkevidde) 0,7%
• Driftstemperaturområde fra -40 ° C til 100 ° C
Sensoren er kompakt ~ 4x3x2 mm. Måler komponenten af magnetfeltet vinkelret på dets forreste overflade. Sensoren er bipolær og har 3 stifter - Vcc Gnd Out
Trin to: brødbræt
Først samler guiden kredsløbet på en brødbræt. Tilslutter Hall-sensor, display og knap: Hall-sensoren skal være tilsluttet + 5V, GND, A1 (fra venstre til højre). Displayet skal være tilsluttet GND, + 5V, A5, A4 (fra venstre til højre). Når der trykkes på knappen, er det nødvendigt at etablere en jordforbindelse ved A0.
Koden blev skrevet og downloadet ved hjælp af Arduino IDE version 1.8.10. Kræver installation af bibliotekerne Adafruit_SSD1306 og Adafruit_GFX.
Displayet skal vise den aktuelle strømværdi og den vekslende strømværdi.
Koden kan downloades nedenfor.
Magnetometer.ino
Trin tre: Sensor
Hall-sensoren installeres bedst i slutningen af et smalt rør. Dette arrangement er meget praktisk og kan let placeres inden i smalle huller. Ethvert hul rør lavet af ikke-magnetisk materiale gør det. Skibsføreren brugte en gammel kuglepen.
Du skal forberede tre tynde fleksible ledninger, der er længere end røret. Lodde ledningerne til benene på sensoren, isoleret.
Trin fire: Byg
9V batteri, OLED-skærm og Arduino Nano passer komfortabelt i en Tic-Tac-kasse. Fordelen er, at den er gennemsigtig, så værdierne på skærmen læses godt inde. Alle faste komponenter (sensor, switch og knap) er fastgjort til toppen, så hele enheden kan fjernes fra kassen for at udskifte batteriet eller opdatere koden.
Skibsføreren var ikke fan af 9 V batterier, de er dyre og har en lille kapacitet. Men det lokale supermarked solgte pludselig en genopladelig version af NiMH for 1 euro hver. De kan let genoplades, hvis de leveres med 11 V strøm gennem en 100 Ohm modstand natten over. For at tilslutte batteriet bruger masteren kontakterne fra det gamle 9 V batteri. 9V batteri er kompakt. Fra batteri + serveret på Vin Arduino minus på GND. Ved udgangen på +5 V vil der være en justerbar spænding på 5 V for displayet og for Hall-sensoren.
Hall-sonde, OLED-skærm og -knap er forbundet på samme måde som på brødbrættet. Den eneste tilføjelse er, at on / off-knappen er installeret mellem 9V-batteriet og Arduino.
Trin fem: Kalibrering
Kalibreringskonstanten i koden svarer til det nummer, der er angivet i den tekniske beskrivelse (1,4 mV / gauss), men den tekniske beskrivelse tillader et bredt interval (1,0-1,75 mV / gauss). For at få nøjagtige resultater er vi nødt til at kalibrere sonden.
Den nemmeste måde at skabe et magnetfelt med en nøjagtigt defineret kraft er at bruge en magnetventil.
Til beregningen tages følgende formel: B = mu0 * n * I. Magnetkonstanten er konstant mu0 = 1,2566x10 ^ -6 T / M / A. Feltet er ensartet og afhænger kun af viklingernes tæthed n og strøm I, som kan måles med god nøjagtighed (~ 1%). Ovenstående formel fungerer i dette tilfælde, hvis forholdet mellem længde og diameter L / D> 10.
For at fremstille en passende magnetventil skal du tage et hul cylindrisk rør med L / D> 10 og vikle op. Skibsføreren brugte et PVC-rør med en ydre diameter på 23 mm. Antallet af sving er 566. Modstanden er 10 ohm.
Den leverer derefter strøm til spolen og måler strømmen med et multimeter. For at styre strømmen bruger den en vekselstrømspændingskilde eller en variabel belastningsmodstand. Måler magnetfeltet i flere aktuelle indstillinger og sammenligner det med målingerne.
Før kalibrering viste sensoren 6,04 mT, mens den i teorien var 3,50 mT. Derfor multiplicerede mesteren kalibreringskonstanten i linje 18 i koden med 0,58. Magnetometeret er nu kalibreret.
