Ang isang magnetometer, kung minsan ay tinatawag ding isang gaussmeter, ay sumusukat sa lakas ng isang magnetic field. Ito ay isang mahalagang tool para sa pagsuri ng mga permanenteng magneto at electromagnets at para sa pag-unawa sa hugis ng mga pag-configure ng patlang ng mga hindi pamantayang magneto. Sa pamamagitan ng sapat na pagkasensitibo, maaari rin itong makakita ng mga magnetikong bagay na bakal. Ang mga patlang na magkakaiba-iba ng oras mula sa mga motorsiklo at mga transformer ay maaaring makita kung ang probe ay sapat na sensitibo.
Sa artikulong ito, sasabihin sa iyo ng Wizard kung paano gumawa ng isang simpleng portable magnetometer na may mga karaniwang sangkap: isang linear Hall sensor, Arduino, display at pindutan. Ang kabuuang gastos ay mas mababa sa 5 euro, at ang pagiging sensitibo ay ~ 0.01 mT sa saklaw mula -100 hanggang + 100 mT. Ito ay mas mahusay kaysa sa inaasahan mo mula sa tulad ng isang aparato. Upang makakuha ng tumpak na pagbabasa, dapat mong i-calibrate ang instrumento, at inilalarawan din ng wizard ang prosesong ito.
Mga tool at materyales:
-SS49E linear Hall sensor;
-Arduino Uno;
-SSD1306 - 0.96 "monochrome OLED display na may interface ng I2C;
-Micro button;
- Panulat ng Ballpoint;
-3 manipis na stranded wire;
-12cm manipis (1.5 mm) pag-urong tubo;
-Plastic box (18x46x83 mm);
-Switch;
-Battery 9V;
-Mahawak ng baterya;
Hakbang Una: Teorya
Maaari kang gumamit ng isang smartphone upang masukat ang magnetic field. Ang mga Smartphone ay karaniwang naglalaman ng isang 3-axis magnetometer, ngunit ito ay karaniwang na-optimize para sa isang mahina na magnetic field ng Earth ~ 1 Gauss = 0.1 mT. Ang lokasyon ng sensor sa telepono ay hindi kilala, at hindi posible na ilagay ang sensor sa loob ng mga makitid na butas, tulad ng butas ng isang electromagnet.
Ang epekto ng Hall ay isang karaniwang paraan upang masukat ang mga magnetic field. Kapag ang mga electron ay dumadaloy sa isang conductor sa isang magnetic field, lumihis sila sa paglaon at sa gayon ay lumilikha ng isang potensyal na pagkakaiba sa mga gilid ng conductor. Gamit ang tamang pagpili ng materyal at geometry ng semiconductor, ang isang masusukat na signal ay nakuha, na maaaring palakasin at ang pagsukat ng isang bahagi ng larangan ng magnetic ay maaaring matiyak.
Ang wizard ay gumagamit ng isang murang at malawak na magagamit na SS49E sensor.
Narito ang mga katangian nito:
• Mahusay na Enerhiya
• Maginhawang interface ng PCB
• Matatag mababang output ng ingay
• Saklaw ng boltahe ng supply mula sa 2.7V DC hanggang 6.5V DC
• Sensitibo 1.4mV / G
• Oras ng pagtugon: 3mks
• Linearity (% ng saklaw) 0.7%
• Ang pagpapatakbo ng temperatura saklaw mula -40 ° C hanggang 100 ° C
Ang sensor ay siksik, ~ 4x3x2 mm. Sinusukat ang bahagi ng magnetic field patayo sa harap nito. Ang sensor ay bipolar at may 3 pin - Vcc Gnd Out
Hakbang dalawa: breadboard
Una, pinagsama ng master ang circuit sa isang breadboard. Kumokonekta sa sensor ng Hall, display at pindutan: Ang Hall sensor ay dapat na konektado sa + 5V, GND, A1 (mula kaliwa hanggang kanan). Ang pagpapakita ay dapat na konektado sa GND, + 5V, A5, A4 (mula kaliwa hanggang kanan). Kapag pinindot ang pindutan, kinakailangan upang magtatag ng isang koneksyon sa lupa sa A0.
Ang code ay isinulat at nai-download gamit ang Arduino IDE bersyon 1.8.10. Nangangailangan ng pag-install ng Adafruit_SSD1306 at Adafruit_GFX library.
Ang display ay dapat ipakita ang direktang kasalukuyang halaga at ang alternating kasalukuyang halaga.
Ang code ay maaaring ma-download sa ibaba.
Magnetometer.ino
Hakbang Tatlong: Sensor
Ang sensor ng Hall ay pinakamahusay na mai-install sa dulo ng isang makitid na tubo. Ang pag-aayos na ito ay napaka-maginhawa at madaling mailagay sa loob ng mga makitid na butas. Ang anumang guwang na tubo na gawa sa di-magnetic material ay gagawin. Ginamit ng panginoon ang isang lumang panulat ng ballpoint.
Kailangan mong maghanda ng tatlong manipis na kakayahang umangkop na mga wire na mas mahaba kaysa sa tubo. Nabenta ang mga wire sa mga binti ng sensor, na-insulated.
Hakbang Apat: Bumuo
Ang baterya ng 9V, OLED screen at Arduino Nano ay kumportable sa isang kahon ng Tic-Tac. Ang bentahe ay ito ay malinaw, kaya ang mga halaga sa screen ay basahin nang mabuti sa loob. Ang lahat ng mga nakapirming sangkap (sensor, switch, at button) ay naka-attach sa tuktok upang ang buong yunit ay maaaring alisin mula sa kahon upang mapalitan ang baterya o i-update ang code.
Ang panginoon ay hindi isang tagahanga ng 9 V na baterya, ang mga ito ay mahal at may maliit na kapasidad. Ngunit ang lokal na supermarket ay biglang nagbebenta ng isang rechargeable na bersyon ng NiMH para sa 1 euro bawat isa. Madali silang mai-recharged kung sila ay ibinibigay ng 11 V power sa pamamagitan ng isang 100 Ohm risistor magdamag. Upang ikonekta ang baterya, ginagamit ng master ang mga contact mula sa lumang 9 V na baterya. Ang 9V na baterya ay siksik. Mula sa baterya + nagsilbi sa Vin Arduino, minus sa GND. Sa output ng +5 V, magkakaroon ng isang madaling iakma na boltahe ng 5 V para sa pagpapakita at para sa sensor ng Hall.
Ang Hall probe, OLED screen at pindutan ay konektado sa parehong paraan tulad ng sa breadboard. Ang tanging karagdagan ay ang pindutan ng on / off ay naka-install sa pagitan ng 9V na baterya at ang Arduino.
Hakbang Limang: Pag-calibrate
Ang pagkakaugnay ng pagkakalibrate sa code ay tumutugma sa bilang na ipinahiwatig sa paglalarawan ng teknikal (1.4 mV / gauss), ngunit pinapayagan ng paglalarawan ng teknikal na isang malawak na saklaw (1.0-1.75 mV / gauss). Upang makakuha ng tumpak na mga resulta, kailangan nating i-calibrate ang probe.
Ang pinakamadaling paraan upang lumikha ng isang magnetic field na may isang tiyak na tinukoy na puwersa ay ang paggamit ng solenoid.
Para sa pagkalkula, ang sumusunod na pormula ay nakuha: B = mu0 * n * I. Ang magnetic pare-pareho ay palaging mu0 = 1.2566x10 ^ -6 T / M / A. Ang patlang ay pantay at nakasalalay lamang sa density ng mga paikot-ikot na n at kasalukuyang ako, na maaaring masukat ng mabuti kawastuhan (~ 1%). Ang formula sa itaas sa kasong ito ay gumagana kung ang ratio ng haba sa diameter L / D> 10.
Upang makagawa ng isang angkop na solenoid, kailangan mong kumuha ng isang guwang na cylindrical pipe na may L / D> 10 at i-wind ang paikot-ikot. Gumamit ang master ng isang PVC tube na may panlabas na diameter na 23 mm. Ang bilang ng mga liko ay 566. Ang paglaban ay 10 ohm.
Pagkatapos ay nagbibigay ito ng kapangyarihan sa coil at sinusukat ang kasalukuyang may isang multimeter. Upang makontrol ang kasalukuyang, gumagamit ito ng mapagkukunan ng AC boltahe o isang variable na risistor ng pag-load. Sinusukat ang magnetic field para sa maraming kasalukuyang mga setting at inihahambing ito sa mga pagbabasa.
Bago ang pagkakalibrate, ang sensor ay nagpakita ng 6.04 mT, habang sa teorya ito ay 3.50 mT. Samakatuwid, ang master ay pinarami ang pagkakalibrate pare-pareho sa linya 18 ng code sa pamamagitan ng 0.58. Ang magnetometer ngayon ay na-calibrate.
