เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบพกพา

magnetometer บางครั้งเรียกว่า gaussmeter วัดความแรงของสนามแม่เหล็ก นี่เป็นเครื่องมือสำคัญสำหรับการตรวจสอบแม่เหล็กถาวรและแม่เหล็กไฟฟ้าและเพื่อทำความเข้าใจกับรูปร่างของการกำหนดค่าฟิลด์ของแม่เหล็กที่ไม่ได้มาตรฐาน ด้วยความไวที่เพียงพอมันยังสามารถตรวจจับวัตถุเหล็กที่มีแม่เหล็ก สามารถตรวจจับฟิลด์ที่แปรผันตามเวลาจากมอเตอร์และหม้อแปลงไฟฟ้าได้ถ้าหัววัดมีความไวเพียงพอ

ในบทความนี้ตัวช่วยสร้างจะบอกคุณถึงวิธีการสร้างเครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบพกพาง่าย ๆ พร้อมองค์ประกอบทั่วไป: เซ็นเซอร์ฮอลล์เชิงเส้น Arduinoจอแสดงผลและปุ่ม ค่าใช้จ่ายรวมน้อยกว่า 5 ยูโรและความไวคือ 0.01 mT ในช่วงจาก -100 ถึง + 100 mT สิ่งนี้ดีกว่าที่คุณคาดหวังจากอุปกรณ์ดังกล่าว เพื่อให้ได้การอ่านที่แม่นยำคุณต้องปรับเทียบเครื่องมือและตัวช่วยสร้างจะอธิบายกระบวนการนี้ด้วย

เครื่องมือและวัสดุ:
-SS49E เซ็นเซอร์ฮอลล์เชิงเส้น;
-Arduino Uno;
-SSD1306 - จอแสดงผล OLED ขาวดำ 0.96 นิ้วพร้อมส่วนต่อประสาน I2C
ปุ่ม -Micro;
- ปากกาลูกลื่น
-3 เส้นบาง ๆ ที่ควั่น;
-12 ซม. บาง (1.5 มม.) หดท่อ
- กล่องพลาสติก (18x46x83 มม.)
-Pereklyuchatel;
- แบตเตอรี่ 9V;
- ที่ใส่แบตเตอรี่

ขั้นตอนที่หนึ่ง: ทฤษฎี
คุณสามารถใช้สมาร์ทโฟนเพื่อวัดสนามแม่เหล็ก สมาร์ทโฟนมักจะมีเครื่องวัดสนามแม่เหล็ก 3 แกน แต่โดยปกติจะถูกปรับให้เหมาะกับสนามแม่เหล็กที่อ่อนแอของโลก ~ 1 Gauss = 0.1 mT ไม่ทราบตำแหน่งของเซ็นเซอร์บนโทรศัพท์และไม่สามารถวางเซ็นเซอร์ไว้ในรูแคบเช่นรูแม่เหล็กไฟฟ้า

Hall effect เป็นวิธีการทั่วไปในการวัดสนามแม่เหล็ก เมื่ออิเล็กตรอนไหลผ่านตัวนำในสนามแม่เหล็กพวกมันเบี่ยงเบนไปทางด้านข้างและสร้างความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นที่ด้านข้างของตัวนำ ด้วยทางเลือกที่ถูกต้องของวัสดุและรูปทรงเรขาคณิตของเซมิคอนดักเตอร์ทำให้ได้สัญญาณที่วัดได้ซึ่งสามารถขยายและให้การวัดองค์ประกอบหนึ่งของสนามแม่เหล็ก

ตัวช่วยสร้างใช้เซ็นเซอร์ SS49E ราคาถูกและใช้งานได้อย่างกว้างขวาง

นี่คือลักษณะ:
•พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ
•อินเตอร์เฟส PCB ที่สะดวก
•สัญญาณรบกวนต่ำที่มีเสถียรภาพ
•ช่วงแรงดันไฟฟ้าซัพพลายจาก 2.7V DC ถึง 6.5V DC
•ความไว 1.4mV / G
•เวลาตอบสนอง: 3mks
•ลิเนียริตี้ (% ของช่วง) 0.7%
•อุณหภูมิใช้งานอยู่ในช่วง -40 ° C ถึง 100 ° C

เซ็นเซอร์มีขนาดกะทัดรัด ~ 4x3x2 มม. วัดองค์ประกอบของสนามแม่เหล็กที่ตั้งฉากกับพื้นผิวด้านหน้า เซ็นเซอร์มีสองขั้วและมี 3 พิน - Vcc Gnd Out

ขั้นตอนที่สอง: เขียงหั่นขนม
ขั้นแรกให้อาจารย์ประกอบวงจรบนเขียงหั่นขนม เชื่อมต่อเซ็นเซอร์ Hall หน้าจอและปุ่ม: เซ็นเซอร์ Hall ต้องเชื่อมต่อกับ + 5V, GND, A1 (จากซ้ายไปขวา) จอแสดงผลจะต้องเชื่อมต่อกับ GND, + 5V, A5, A4 (จากซ้ายไปขวา) เมื่อกดปุ่มมีความจำเป็นต้องสร้างการเชื่อมต่อภาคพื้นดินที่ A0

รหัสถูกเขียนและดาวน์โหลดโดยใช้ Arduino IDE รุ่น 1.8.10 ต้องติดตั้งไลบรารี Adafruit_SSD1306 และ Adafruit_GFX
จอแสดงผลควรแสดงค่ากระแสตรงและค่ากระแสสลับ
รหัสสามารถดาวน์โหลดได้ด้านล่าง
Magnetometer.ino

ขั้นตอนที่สาม: เซ็นเซอร์
เซ็นเซอร์ฮอลล์ติดตั้งได้ดีที่สุดที่ปลายท่อแคบ ๆ การจัดเรียงนี้สะดวกมากและสามารถวางไว้ในรูแคบ ๆ ได้อย่างง่ายดาย ท่อกลวงใด ๆ ที่ทำจากวัสดุที่ไม่ใช่แม่เหล็กจะทำ ต้นแบบใช้ปากกาลูกลื่นเก่า
คุณต้องเตรียมสายไฟแบบยืดหยุ่นสามเส้นที่ยาวกว่าหลอด บัดกรีสายไฟไปที่ขาของเซ็นเซอร์

ขั้นตอนที่สี่: สร้าง
แบตเตอรี่ขนาด 9 โวลต์หน้าจอ OLED และ Arduino Nano เหมาะอย่างยิ่งในกล่องทิกแทค ข้อดีคือมันโปร่งใสดังนั้นค่าบนหน้าจอจึงอ่านได้ดี ส่วนประกอบคงที่ทั้งหมด (เซ็นเซอร์สวิตช์และปุ่ม) ติดอยู่ด้านบนเพื่อให้สามารถถอดอุปกรณ์ทั้งหมดออกจากกล่องเพื่อเปลี่ยนแบตเตอรี่หรืออัปเดตรหัส

เจ้านายไม่ใช่แฟนของแบตเตอรี่ 9 V พวกเขามีราคาแพงและมีความจุน้อย แต่ซุปเปอร์มาร์เก็ตท้องถิ่นขายจู่ ๆ รุ่น NiMH ราคา 1 ยูโรต่อมา สามารถชาร์จใหม่ได้อย่างง่ายดายหากใช้พลังงาน 11 V ผ่านตัวต้านทาน 100 โอห์มในชั่วข้ามคืน ในการเชื่อมต่อแบตเตอรี่เจ้านายใช้รายชื่อติดต่อจากแบตเตอรี่ 9 V ตัวเก่า แบตเตอรี่ขนาด 9 โวลต์มีขนาดกะทัดรัด จากแบตเตอรี่ + เสิร์ฟบน Vin Arduino ลบด้วย GND ที่เอาต์พุตของ +5 V จะมีแรงดันไฟฟ้าที่ปรับได้ 5 V สำหรับจอแสดงผลและสำหรับเซ็นเซอร์ Hall

ฮอลล์โพรบ, หน้าจอ OLED และปุ่มเชื่อมต่อในลักษณะเดียวกับบนเขียงหั่นขนม สิ่งเดียวที่เพิ่มเติมคือปุ่มเปิด / ปิดติดตั้งอยู่ระหว่างแบตเตอรี่ 9V และ Arduino

ขั้นตอนที่ห้า: การสอบเทียบ
ค่าคงที่การสอบเทียบในรหัสสอดคล้องกับหมายเลขที่ระบุในคำอธิบายทางเทคนิค (1.4 mV / gauss) แต่คำอธิบายทางเทคนิคอนุญาตให้ใช้ช่วงกว้าง (1.0-1.75 mV / gauss) เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่แม่นยำเราจำเป็นต้องปรับเทียบโพรบ

วิธีที่ง่ายที่สุดในการสร้างสนามแม่เหล็กด้วยแรงที่กำหนดอย่างแม่นยำคือการใช้โซลินอยด์

สำหรับการคำนวณจะใช้สูตรต่อไปนี้: B = mu0 * n * I ค่าคงที่แม่เหล็กเป็นค่าคงที่ mu0 = 1.2566x10 ^ -6 T / M / A สนามมีความสม่ำเสมอและขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของขดลวด n และกระแส I ซึ่งสามารถวัดได้ด้วยดี ความแม่นยำ (~ 1%) สูตรด้านบนในกรณีนี้ใช้งานได้หากอัตราส่วนของความยาวต่อเส้นผ่านศูนย์กลาง L / D> 10

ในการสร้างโซลินอยด์ที่เหมาะสมคุณต้องใช้ท่อทรงกระบอกกลวงที่มี L / D> 10 และไขลาน ต้นแบบใช้ท่อ PVC ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก 23 มม. จำนวนเทิร์นคือ 566 ความต้านทานคือ 10 โอห์ม

จากนั้นจะจ่ายพลังงานให้กับขดลวดและวัดกระแสด้วยมัลติมิเตอร์ ในการควบคุมกระแสไฟฟ้าจะใช้แหล่งจ่ายแรงดัน AC หรือตัวต้านทานโหลดตัวแปร วัดสนามแม่เหล็กสำหรับการตั้งค่าปัจจุบันหลายแห่งและเปรียบเทียบกับการอ่าน

ก่อนที่จะทำการสอบเทียบเซ็นเซอร์มี 6.04 mT ในทางทฤษฎีแล้วมันคือ 3.50 mT ดังนั้นอาจารย์จึงคูณค่าคงที่การสอบเทียบในบรรทัดที่ 18 ของโค้ดอีก 0.58 แมกนีโตมิเตอร์สอบเทียบแล้ว