Un magnetometro, a volte chiamato anche gaussmetro, misura la forza di un campo magnetico. Questo è uno strumento importante per il controllo di magneti ed elettromagneti permanenti e per comprendere la forma delle configurazioni di campo dei magneti non standard. Con sufficiente sensibilità, può anche rilevare oggetti di ferro magnetizzato. Campi variabili nel tempo da motori e trasformatori possono essere rilevati se la sonda è sufficientemente sensibile.
In questo articolo, la procedura guidata ti spiegherà come realizzare un semplice magnetometro portatile con componenti comuni: un sensore Hall lineare, Arduino, display e pulsante. Il costo totale è inferiore a 5 euro e la sensibilità è ~ 0,01 mTl nell'intervallo da -100 a + 100 mTl. Questo è meglio di quanto ti aspetteresti da un tale dispositivo. Per ottenere letture accurate, è necessario calibrare lo strumento e la procedura guidata descrive anche questo processo.
Strumenti e materiali:
-Sensore di Hall lineare SS49E;
-Arduino Uno;
-SSD1306 - Display OLED monocromatico da 0,96 "con interfaccia I2C;
-Pulsante Micro;
- Penna a sfera;
-3 fili sottili a trefoli;
- Tubo termoretraibile sottile (1,5 mm) da 12 cm;
- Scatola di plastica (18x46x83 mm);
-Pereklyuchatel;
-Batteria 9V;
-Porta batteria;
Primo passo: teoria
È possibile utilizzare uno smartphone per misurare il campo magnetico. Gli smartphone di solito contengono un magnetometro a 3 assi, ma di solito è ottimizzato per un campo magnetico debole della Terra ~ 1 Gauss = 0,1 mT. La posizione del sensore sul telefono non è nota e non è possibile posizionare il sensore all'interno di fori stretti, come il foro di un elettromagnete.
L'effetto Hall è un modo comune per misurare i campi magnetici. Quando gli elettroni scorrono attraverso un conduttore in un campo magnetico, si flettono lateralmente e quindi creano una potenziale differenza sui lati del conduttore. Con la giusta scelta del materiale e della geometria del semiconduttore, si ottiene un segnale misurabile, che può essere amplificato e può essere garantita la misurazione di un componente del campo magnetico.
La procedura guidata utilizza un sensore SS49E economico e ampiamente disponibile.
Ecco le sue caratteristiche:
• Efficienza energetica
• Pratica interfaccia PCB
• Uscita stabile a basso rumore
• Gamma di tensioni di alimentazione da 2,7 V CC a 6,5 V CC
• Sensibilità 1.4mV / G
• Tempo di risposta: 3mks
• Linearità (% dell'intervallo) 0,7%
• Intervallo di temperatura operativa da -40 ° C a 100 ° C
Il sensore è compatto, ~ 4x3x2 mm. Misura il componente del campo magnetico perpendicolare alla sua superficie frontale. Il sensore è bipolare e ha 3 pin: Vcc Gnd Out
Fase due: breadboard
Innanzitutto, il mago assembla il circuito su una breadboard. Collega il sensore Hall, il display e il pulsante: il sensore Hall deve essere collegato a + 5V, GND, A1 (da sinistra a destra). Il display deve essere collegato a GND, + 5V, A5, A4 (da sinistra a destra). Quando si preme il pulsante, è necessario stabilire una connessione di terra su A0.
Il codice è stato scritto e scaricato utilizzando l'IDE Arduino versione 1.8.10. Richiede l'installazione delle librerie Adafruit_SSD1306 e Adafruit_GFX.
Il display dovrebbe mostrare il valore della corrente diretta e il valore della corrente alternata.
Il codice può essere scaricato qui sotto.
Magnetometer.ino
Fase tre: sensore
Il sensore Hall è meglio installato all'estremità di un tubo stretto. Questa disposizione è molto comoda e può essere facilmente posizionata all'interno di fori stretti. Funzionerà qualsiasi tubo cavo in materiale non magnetico. Il maestro usò una vecchia penna a sfera.
È necessario preparare tre sottili fili flessibili più lunghi del tubo. Saldare i fili alle gambe del sensore, isolati.
Quarto passaggio: build
La batteria da 9 V, lo schermo OLED e Arduino Nano si inseriscono comodamente in una scatola Tic-Tac. Il vantaggio è che è trasparente, quindi i valori sullo schermo sono ben letti all'interno. Tutti i componenti fissi (sensore, interruttore e pulsante) sono fissati nella parte superiore in modo che l'intera unità possa essere rimossa dalla scatola per sostituire la batteria o aggiornare il codice.
Il master non era un fan delle batterie da 9 V, sono costose e hanno una capacità ridotta. Ma il supermercato locale ha improvvisamente venduto una versione ricaricabile di NiMH per 1 euro ciascuno. Possono essere facilmente ricaricati se vengono alimentati con alimentazione a 11 V attraverso una resistenza da 100 Ohm durante la notte. Per collegare la batteria, il master utilizza i contatti della vecchia batteria da 9 V. La batteria da 9 V è compatta. Da batteria + servito su Vin Arduino, meno su GND. All'uscita di +5 V, ci sarà una tensione regolabile di 5 V per il display e per il sensore Hall.
La sonda Hall, lo schermo OLED e il pulsante sono collegati come sulla breadboard. L'unica aggiunta è che il pulsante di accensione / spegnimento è installato tra la batteria da 9 V e Arduino.
Fase cinque: calibrazione
La costante di calibrazione nel codice corrisponde al numero indicato nella descrizione tecnica (1,4 mV / gauss), ma la descrizione tecnica consente un ampio intervallo (1,0-1,75 mV / gauss). Per ottenere risultati accurati, è necessario calibrare la sonda.
Il modo più semplice per creare un campo magnetico con una forza definita con precisione è utilizzare un solenoide.
Per il calcolo, viene presa la seguente formula: B = mu0 * n * I. La costante magnetica è costante mu0 = 1.2566x10 ^ -6 T / M / A. Il campo è uniforme e dipende solo dalla densità degli avvolgimenti n e dalla corrente I, che può essere misurata con una buona precisione (~ 1%). La formula sopra in questo caso funziona se il rapporto tra lunghezza e diametro L / D> 10.
Per realizzare un solenoide adatto, è necessario prendere un tubo cilindrico cavo con L / D> 10 e avvolgere l'avvolgimento. Il maestro ha usato un tubo in PVC con un diametro esterno di 23 mm. Il numero di giri è 566. La resistenza è di 10 ohm.
Fornisce quindi energia alla bobina e misura la corrente con un multimetro. Per controllare la corrente, utilizza una sorgente di tensione CA o una resistenza di carico variabile. Misura il campo magnetico per diverse impostazioni correnti e lo confronta con le letture.
Prima della calibrazione, il sensore mostrava 6,04 mT, mentre in teoria era 3,50 mT. Pertanto, il master ha moltiplicato la costante di calibrazione nella riga 18 del codice per 0,58. Il magnetometro è ora calibrato.
