Portativ maqnitometr: 7 addım (şəkillərlə)

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:44

Bəzən Gaussmeter olaraq da adlandırılan bir maqnitölçən maqnit sahəsinin gücünü ölçür. Daimi maqnitlərin və elektromaqnitlərin gücünü yoxlamaq və qeyri -mənasız maqnit konfiqurasiyalarının sahə formasını anlamaq üçün vacib bir vasitədir. Kifayət qədər həssasdırsa, dəmir əşyaların maqnitləndiyini də aşkar edə bilər. Zond kifayət qədər sürətli olarsa, mühərriklərdən və transformatorlardan zamanla dəyişən sahələr aşkar edilə bilər.

Cib telefonlarında ümumiyyətlə 3 oxlu maqnitölçən var, lakin onlar ~ 1 Gauss = 0.1 mT olan zəif torpaq maqnit sahəsi üçün optimallaşdırılmış və bir neçə mT sahələrdə doymuşdur. Sensorun telefondakı yeri aydın deyil və sensoru elektromaqnitin deliyi kimi dar deliklərə yerləşdirmək mümkün deyil. Üstəlik, smartfonunuzu güclü maqnitlərə yaxınlaşdırmaq istəməyəcəksiniz.

Burada ümumi komponentləri olan sadə bir portativ maqnitölçənin necə olacağını təsvir edirəm: xətti bir zal sensoru, bir Arduino, bir ekran və bir düymə. Ümumi xərc 5EUR -dan azdır və -100 ilə +100mT aralığında ~ 0.01mT həssaslığı sadəlövhlüklə gözlədiyinizdən daha yaxşıdır. Dəqiq mütləq oxunuşlar əldə etmək üçün onu kalibr etməlisiniz: bunu evdə hazırlanan uzun solenoidlə necə edəcəyimi təsvir edirəm.

Addım 1: Salon Probu

Hall effekti maqnit sahələrini ölçməyin ümumi bir yoludur. Elektronlar bir maqnit sahəsindəki bir konduktordan keçdikdə yan tərəfə əyilir və beləliklə, kondüktörün tərəflərində potensial fərq yaradır. Düzgün yarımkeçirici material və həndəsə seçimi ilə, maqnit sahəsinin bir komponentini ölçmək üçün gücləndirilə bilən və ölçülə bilən bir siqnal istehsal olunur.

SS49E -dən istifadə edirəm, çünki ucuzdur və geniş yayılmışdır. Məlumat cədvəlindən diqqət etməli olduğunuz bir neçə şey:

• Təchizat gərginliyi: 2.7-6.5 V, Arduino-dan 5V ilə mükəmməl uyğun gəlir.
• Sıfır çıxış: 2.25-2.75V, buna görə də təxminən 0 ilə 5V arasında.
• Həssaslıq: 1.0-1.75mV/Gauss, buna görə dəqiq nəticələr əldə etmək üçün kalibrləmə tələb olunacaq.
• Çıxış gərginliyi 1.0V-4.0V (5V-də işlədilsə): Arduino ADC ilə yaxşı örtülmüşdür.
• Aralığı: minimum +-650G, tipik +-1000G.
• Cavab müddəti 3mus, buna görə bir neçə on kHz -də nümunə götürə bilər.
• Təchizat cərəyanı: 6-10mA, batareya ilə işləyə biləcək qədər aşağı.
• Temperatur xətası: dərəcə başına ~ 0.1% C. Çox az görünür, lakin 0.1% ofset sürüşməsi 3mT səhv verir.

Sensor yığcamdır, ~ 4x3x2mm və maqnit sahəsinin ön üzünə dik olan komponentini ölçür. Arxa tərəfdən ön tərəfə işarə edən sahələr üçün, məsələn, cəbhə maqnit cənub qütbünə gətirildikdə müsbət nəticə verəcəkdir. Sensorun ön tərəfdən göründüyü zaman +5V, 0V olmaqla 3 çıxışı var və çıxışı soldan sağa.

Addım 2: Lazımi material

• SS49E xətti Hall sensoru. 10 onlayn dəsti üçün bunlar ~ 1EURdur.
• Prototip üçün prototip lövhəsi olan Arduino Uno və ya portativ versiya üçün Arduino Nano (başlıqsız!)
• I2C interfeysi olan SSD1306 0,96 düymlük monoxrom OLED ekran
• Bir anlıq düymə

Zondu qurmaq üçün:

• Köhnə bir top və ya digər möhkəm bir boşluq borusu
• Borudan bir qədər uzun olan 3 nazik telli tel
• 12 sm nazik (1,5 mm) daralma borusu

Portativ etmək üçün:

• Böyük bir tik-tac qutusu (18x46x83mm) və ya buna bənzər
• 9V batareya klipi
• Açma/söndürmə açarı

Addım 3: Birinci versiya: Arduino Prototip lövhəsindən istifadə

Həmişə bütün komponentlərin işlədiyini və proqramın işlək olduğunu yoxlamaq üçün əvvəlcə prototip hazırlayın! Şəkli izləyin və Hall probunu, ekranı və sıfır düyməsini bağlayın: Hall probunun +5V, GND, A0 (soldan sağa) bağlanması lazımdır. Ekranın GND, +5V, A5, A4 (soldan sağa) bağlı olması lazımdır. Düymə basıldıqda yerdən A1 -ə bir əlaqə qurmalıdır.

Kod Arduino IDE 1.8.10.0 versiyasından istifadə edilərək yazılmış və yüklənmişdir. Adafruit_SSD1306 və Adafruit_GFX kitabxanalarının quraşdırılmasını tələb edir. Əlavə edilmiş eskizdə kodu yükləyin.

Ekranda DC və AC dəyəri göstərilməlidir.

Addım 4: Kod haqqında bəzi şərhlər

Kodun daxili işlənməsi ilə maraqlanmırsınızsa, bu bölməni keçməkdən çekinmeyin.

Kodun əsas xüsusiyyəti, maqnit sahəsinin ardıcıl olaraq 2000 dəfə ölçülməsidir. Bu təxminən 0,2-0,3 saniyə çəkir. Ölçmələrin cəmini və kvadrat cəmini izləyərək, həm DC, həm də AC olaraq bildirilən ortalamanı və standart sapmanı hesablamaq mümkündür. Çoxlu ölçmələri ortalamaqla, dəqiqlik nəzəri olaraq sqrt (2000) ~ 45 artar. Beləliklə, 10 bitlik bir ADC ilə 15 bitlik bir ADC dəqiqliyinə çata bilərik! Böyük bir fərq yaradır: 1 ADC sayı ~ 0.3mT olan 5mV -dir. Orta hesabla, dəqiqliyi 0.3mT -dən 0.01mT -ə qədər artırırıq.

Bir bonus olaraq, standart sapma da əldə edirik, buna görə dalğalanan sahələr belə müəyyən edilir. 50Hz -də dalğalanan bir sahə, ölçmə müddəti ərzində ~ 10 tam dövrə vurur, buna görə də onun AC dəyəri yaxşı ölçülə bilər.

Kodu tərtib etdikdən sonra aşağıdakı rəy alıram: Sketch proqram saxlama sahəsinin 16852 baytından (54%) istifadə edir. Maksimum 30720 baytdır. Qlobal dəyişənlər 352 bayt (17%) dinamik yaddaşdan istifadə edir və yerli dəyişənlər üçün 1696 bayt qalır. Maksimum 2048 baytdır.

Məkanın çox hissəsi Adafruit kitabxanaları tərəfindən tutulur, lakin əlavə funksiyalar üçün çox yer var

Addım 5: Probun hazırlanması

Zond ən yaxşı şəkildə dar bir borunun ucuna quraşdırılır: beləliklə asanlıqla yerləşdirilə və hətta dar deşiklərin içərisində də saxlanıla bilər. Maqnit olmayan bir materialdan hər hansı bir boşluq borusu edəcək. Mükəmməl bir uyğunluq verən köhnə bir topdan istifadə etdim.

Borudan daha uzun olan 3 nazik çevik tel hazırlayın. 3 sm lent kabeli istifadə etdim. Rənglərdə məntiq yoxdur (+5V üçün narıncı, 0V üçün qırmızı, siqnal üçün boz) ancaq xatırlaya biləcəyim yalnız 3 tel ilə.

Probu prototipdə istifadə etmək üçün, bəzi parçalanmış bərk nüvəli bağlama telinin ucunu lehimləyin və büzülmə borusu ilə qoruyun. Sonradan bu kəsilə bilər ki, prob telləri birbaşa Arduinoya lehimlənə bilsin.

Addım 6: Portativ Alətin Yaradılması

9V batareya, OLED ekran və Arduino Nano, (böyük) Tic-Tac qutusunun içərisinə rahat oturur. Şəffaf olması üstünlüyünə malikdir, ekranı hətta içəridə yaxşı oxumaq olar. Bütün sabit komponentlər (zond, açma/söndürmə açarı və düymə) yuxarıya bərkidilir ki, bütün qurğu batareyanı dəyişdirmək və ya kodu yeniləmək üçün qutudan çıxarılsın.

Heç vaxt 9V akkumulyatorun pərəstişkarı olmamışam: onlar bahalıdır və tutumu azdır. Ancaq yerli supermarketim birdən -birə şarj edilə bilən NiMH versiyasını hər birini 1 EUR -a satdı və bir gecədə 100Ohm rezistor vasitəsilə 11V -də saxlayaraq asanlıqla doldurula biləcəyini gördüm. Klipləri ucuz sifariş etdim, amma heç vaxt gəlmədilər, buna görə üstünü klipə çevirmək üçün köhnə 9V batareyanı ayırdım. 9V batareyanın yaxşı tərəfi yığcam olmasıdır və Arduino Vin -ə qoşularaq yaxşı işləyir. +5V -də OLED və Hall probu üçün tənzimlənən 5V olacaq.

Hall probu, OLED ekranı və düymə prototiplə eyni şəkildə bağlanır. Yalnız əlavə 9V batareya ilə Arduino arasındakı açma/söndürmə düyməsidir.

Addım 7: Kalibrləmə

Koddakı kalibrləmə sabiti, məlumat cədvəlində verilən rəqəmə uyğundur (1.4mV/Gauss), lakin məlumat cədvəli geniş bir aralığa (1.0-1.75mV/Gauss) imkan verir. Dəqiq nəticələr əldə etmək üçün probu kalibr etməliyik!

Yaxşı müəyyən edilmiş bir gücə malik bir maqnit sahəsi istehsal etməyin ən sadə yolu solenoiddən istifadə etməkdir: uzun solenoidin sahə gücü: B = mu0*n*I. Vakuum keçiriciliyi təbiətin sabitidir: mu0 = 1.2566x10^-6 T/m/A. Sahə homojendir və yalnız n sarımların sıxlığından və cərəyan I -dən asılıdır, hər ikisi də yaxşı dəqiqliklə ölçülə bilər (~ 1%). Göstərilən düstur sonsuz uzun solenoid üçün hazırlanmışdır, lakin uzunluğun diametrə nisbəti L/D> 10 olduğu müddətdə mərkəzdəki sahə üçün çox yaxşı bir yaxınlaşmadır.

Uyğun bir solenoid hazırlamaq üçün, L/D> 10 olan içi boş bir silindrik boru götürün və emaye tel ilə nizamlı sarımlar tətbiq edin. Xarici diametri 23 mm olan və diametri 20,2 sm olan 566 sarımlı bir PVC boru istifadə etdim, nəticədə n = 28/sm = 2800/m oldu. Telin uzunluğu 42 m, müqaviməti isə 10.0 Ohm -dir.

Bobinə enerji verin və cərəyanı multimetrlə ölçün. Cərəyanı nəzarət altında saxlamaq üçün ya dəyişən bir gərginlik təchizatı, ya da dəyişən bir yük rezistoru istifadə edin. Bir neçə cari parametr üçün maqnit sahəsini ölçün və oxunuşlarla müqayisə edin.

Kalibrdən əvvəl 6.04 mT/A ölçdüm, nəzəriyyə isə 3.50 mT/A proqnozlaşdırır. Beləliklə, kodun 18 -ci sətrindəki kalibrləmə sabitini 0.58 ilə vurdum. Maqnitometr indi kalibrlənir!

Mıknatıslar Yarışmasında İkincisi