Một từ kế, đôi khi còn được gọi là gaussmeter, đo cường độ của từ trường. Đây là một công cụ quan trọng để kiểm tra nam châm vĩnh cửu và nam châm điện và để hiểu hình dạng cấu hình trường của nam châm không chuẩn. Với độ nhạy đủ, nó cũng có thể phát hiện các vật thể bằng sắt từ hóa. Các trường thay đổi thời gian từ động cơ và máy biến áp có thể được phát hiện nếu đầu dò đủ nhạy.
Trong bài viết này, Wizard sẽ cho bạn biết cách chế tạo từ kế cầm tay đơn giản với các thành phần phổ biến: cảm biến Hall tuyến tính, Arduino, màn hình và nút. Tổng chi phí ít hơn 5 euro và độ nhạy là ~ 0,01 mT trong khoảng từ -100 đến + 100 mT. Điều này là tốt hơn bạn mong đợi từ một thiết bị như vậy. Để có được bài đọc chính xác, bạn phải hiệu chỉnh thiết bị và trình hướng dẫn cũng mô tả quy trình này.
Dụng cụ và vật liệu:
-SS49E cảm biến Hall tuyến tính;
-Arduino Uno;
-SSD1306 - Màn hình OLED đơn sắc 0,96 với giao diện I2C;
Nút -Micro;
- Bút bi;
-3 dây bị mắc kẹt mỏng;
-12cm ống mỏng (1,5 mm);
- Hộp nhựa dẻo (18x46x83 mm);
-Switch;
-Biết 9V;
-Biết giữ chân;
Bước một: Lý thuyết
Bạn có thể sử dụng điện thoại thông minh để đo từ trường. Điện thoại thông minh thường chứa từ kế 3 trục, nhưng nó thường được tối ưu hóa cho từ trường yếu của Trái đất ~ 1 Gauss = 0,1 mT. Vị trí của cảm biến trên điện thoại không được biết và không thể đặt cảm biến bên trong các lỗ hẹp, chẳng hạn như lỗ của nam châm điện.
Hiệu ứng Hall là một cách phổ biến để đo từ trường. Khi các electron chảy qua một dây dẫn trong từ trường, chúng sẽ lệch sang một bên và do đó tạo ra sự khác biệt tiềm năng ở hai bên của dây dẫn. Với sự lựa chọn đúng về vật liệu và hình dạng của chất bán dẫn, thu được tín hiệu có thể đo được, có thể được khuếch đại và cung cấp phép đo một thành phần của từ trường.
Trình hướng dẫn sử dụng cảm biến SS49E giá rẻ và có sẵn rộng rãi.
Dưới đây là đặc điểm của nó:
• Tiết kiệm năng lượng
• Giao diện PCB thuận tiện
• Ổn tiếng ồn thấp ổn định
• Dải điện áp cung cấp từ 2.7V DC đến 6.5V DC
• Độ nhạy 1,4mV / G
• Thời gian đáp ứng: 3 triệu
• Độ tuyến tính (% của phạm vi) 0,7%
• Nhiệt độ hoạt động từ -40 ° C đến 100 ° C
Cảm biến nhỏ gọn, ~ 4x3x2 mm. Đo thành phần của từ trường vuông góc với bề mặt trước của nó. Cảm biến là lưỡng cực và có 3 chân - Vcc Gnd Out
Bước hai: bánh mì
Đầu tiên, trình hướng dẫn lắp ráp mạch trên bảng mạch. Kết nối cảm biến Hall, màn hình và nút: Cảm biến Hall phải được kết nối với + 5V, GND, A1 (từ trái sang phải). Màn hình phải được kết nối với GND, + 5V, A5, A4 (từ trái sang phải). Khi nhấn nút, cần thiết lập kết nối mặt đất tại A0.
Mã được viết và tải xuống bằng Arduino IDE phiên bản 1.8.10. Yêu cầu cài đặt thư viện Adaf nhung_SSD1306 và Adaf nhung_GFX.
Màn hình sẽ hiển thị giá trị hiện tại trực tiếp và giá trị hiện tại xen kẽ.
Mã có thể được tải xuống dưới đây.
Từ kế.ino
Bước ba: Cảm biến
Cảm biến Hall được cài đặt tốt nhất ở cuối một ống hẹp. Sự sắp xếp này rất thuận tiện và có thể dễ dàng đặt bên trong các lỗ hẹp. Bất kỳ ống rỗng làm bằng vật liệu không từ tính sẽ làm. Các bậc thầy đã sử dụng một cây bút bi cũ.
Bạn cần chuẩn bị ba dây mềm mỏng dài hơn ống. Bán dây cho chân của cảm biến, cách điện.
Bước bốn: Xây dựng
Pin 9V, màn hình OLED và Arduino Nano vừa vặn thoải mái trong hộp Tic-Tac. Ưu điểm là nó trong suốt, vì vậy các giá trị trên màn hình được đọc tốt bên trong. Tất cả các thành phần cố định (cảm biến, công tắc và nút) được gắn vào phía trên để có thể tháo toàn bộ thiết bị khỏi hộp để thay pin hoặc cập nhật mã.
Bậc thầy không phải là một fan hâm mộ của pin 9 V, chúng đắt tiền và có dung lượng nhỏ. Nhưng siêu thị địa phương đột nhiên bán một phiên bản sạc NiMH với giá 1 euro mỗi chiếc. Chúng có thể được sạc lại dễ dàng nếu chúng được cung cấp nguồn điện 11 V thông qua điện trở 100 Ohm qua đêm. Để kết nối pin, chủ sử dụng các tiếp điểm từ pin 9 V cũ. Pin 9V nhỏ gọn. Từ pin + phục vụ trên Vin Arduino, trừ trên GND. Đầu ra +5 V sẽ có điện áp điều chỉnh 5 V cho màn hình và cho cảm biến Hall.
Đầu dò Hall, màn hình OLED và nút được kết nối giống như trên bảng mạch. Sự bổ sung duy nhất là nút bật / tắt được cài đặt giữa pin 9V và Arduino.
Bước năm: Hiệu chỉnh
Hằng số hiệu chuẩn trong mã tương ứng với số được chỉ ra trong mô tả kỹ thuật (1,4 mV / gauss), nhưng mô tả kỹ thuật cho phép phạm vi rộng (1,0-1,75 mV / gauss). Để có kết quả chính xác, chúng ta cần hiệu chỉnh đầu dò.
Cách dễ nhất để tạo ra một từ trường với một lực được xác định chính xác là sử dụng một điện từ.
Để tính toán, công thức sau đây được thực hiện: B = mu0 * n * I. Hằng số từ tính là hằng số mu0 = 1.2566x10 ^ -6 T / M / A. Trường đồng nhất và chỉ phụ thuộc vào mật độ của cuộn dây n và dòng I, có thể đo được bằng tốt độ chính xác (~ 1%). Công thức trên trong trường hợp này hoạt động nếu tỷ lệ giữa chiều dài với đường kính L / D> 10.
Để tạo ra một điện từ phù hợp, bạn cần lấy một ống hình trụ rỗng có L / D> 10 và cuộn dây. Bậc thầy đã sử dụng ống PVC có đường kính ngoài 23 mm. Số lượt là 566. Điện trở là 10 ohms.
Sau đó, nó cung cấp năng lượng cho cuộn dây và đo dòng điện bằng một vạn năng. Để kiểm soát dòng điện, nó sử dụng nguồn điện áp xoay chiều hoặc điện trở tải thay đổi. Đo từ trường cho một số cài đặt hiện tại và so sánh nó với các bài đọc.
Trước khi hiệu chuẩn, cảm biến cho thấy 6.04 mT, trong khi trên lý thuyết là 3.50 mT. Do đó, tổng thể nhân hằng số hiệu chuẩn trong dòng 18 của mã bằng 0,58. Từ kế hiện đang được hiệu chuẩn.
