يقيس مقياس المغنطيسية ، الذي يطلق عليه أحيانًا مقياس غاوس ، قوة المجال المغناطيسي. هذه أداة مهمة لفحص المغناطيس الدائم والمغناطيسات الكهربائية وفهم شكل التكوينات الميدانية للمغناطيس غير القياسية. مع حساسية كافية ، يمكنه أيضًا اكتشاف أجسام الحديد الممغنطة. يمكن الكشف عن المجالات المتغيرة بمرور الوقت من المحركات والمحولات إذا كان المسبار حساسًا بما فيه الكفاية.
في هذه المقالة ، سيخبرك المعالج بكيفية عمل مقياس مغناطيسي بسيط محمول بمكونات شائعة: مستشعر Hall خطي ، اردوينووالعرض والزر. التكلفة الإجمالية أقل من 5 يورو ، والحساسية هي ~ 0.01 mTl في النطاق من -100 إلى + 100 mTl. هذا أفضل مما تتوقعه من مثل هذا الجهاز. للحصول على قراءات دقيقة ، يجب معايرة الجهاز ، كما يصف المعالج هذه العملية.
الأدوات والمواد:
-SS49E مستشعر القاعة الخطية ؛
-أردوينو أونو ؛
-SSD1306 - شاشة OLED أحادية اللون مقاس 0.96 بوصة مع واجهة I2C ؛
زر -Micro.
- قلم حبر جاف.
-3 أسلاك مجدولة رقيقة ؛
أنبوب انكماش رفيع بقطر 12 سم (1.5 مم) ؛
- صندوق بلاستيكي (18 × 46 × 83 مم) ؛
-التبديل.
-بطارية 9 فولت ؛
-حامل البطارية ؛
الخطوة الأولى: النظرية
يمكنك استخدام الهاتف الذكي لقياس المجال المغناطيسي. عادةً ما تحتوي الهواتف الذكية على مقياس مغناطيسي ثلاثي المحاور ، ولكن عادةً ما يتم تحسينه لمجال مغناطيسي ضعيف للأرض ~ 1 Gauss = 0.1 mT. موقع المستشعر على الهاتف غير معروف ، ولا يمكن وضع المستشعر داخل ثقوب ضيقة ، مثل فتحة مغناطيس كهربائي.
تأثير هول هو طريقة شائعة لقياس المجالات المغناطيسية. عندما تتدفق الإلكترونات عبر موصل في مجال مغناطيسي ، فإنها تنحرف جانبيا وبالتالي تخلق فرقًا محتملًا على جانبي الموصل. مع الاختيار الصحيح للمواد وهندسة أشباه الموصلات ، يتم الحصول على إشارة قابلة للقياس ، والتي يمكن تضخيمها ويمكن ضمان قياس أحد مكونات المجال المغناطيسي.
يستخدم المعالج مستشعر SS49E رخيص ومتوفر على نطاق واسع.
هنا خصائصه:
• كفاءة الطاقة
• واجهة PCB مريحة
• إخراج منخفض الضوضاء مستقرة
• تتراوح إمدادات التيار من 2.7 فولت تيار مستمر إلى 6.5 فولت تيار مستمر
• حساسية 1.4mV / G
• زمن الاستجابة: 3mks
• الخطي (٪ من النطاق) 0.7٪
• تتراوح درجة حرارة التشغيل من -40 درجة مئوية إلى 100 درجة مئوية
المستشعر مدمج ، 4 × 3 × 2 مم. يقيس مكون المجال المغناطيسي عموديًا على سطحه الأمامي. المستشعر ثنائي القطب ولديه 3 دبابيس - Vcc Gnd Out
الخطوة الثانية: اللوح
أولاً ، يقوم المعالج بتجميع الدائرة على لوحة توصيل. لتوصيل مستشعر Hall والعرض والزر: يجب توصيل مستشعر Hall بـ + 5V ، GND ، A1 (من اليسار إلى اليمين). يجب توصيل الشاشة بـ GND ، + 5V ، A5 ، A4 (من اليسار إلى اليمين). عند الضغط على الزر ، من الضروري إنشاء اتصال أرضي عند A0.
تمت كتابة الرمز وتنزيله باستخدام الإصدار Arduino IDE 1.8.10. يتطلب تثبيت مكتبات Adafruit_SSD1306 ومكتبات Adafruit_GFX.
يجب أن تعرض الشاشة القيمة الحالية المباشرة والقيمة الحالية المتناوبة.
يمكن تنزيل الرمز أدناه.
مقياس المغناطيسية .ino
الخطوة الثالثة: المستشعر
من الأفضل تركيب مستشعر Hall في نهاية الأنبوب الضيق. هذا الترتيب مريح للغاية ويمكن وضعه بسهولة داخل ثقوب ضيقة. أي أنبوب مجوف مصنوع من مادة غير مغناطيسية سيفعل. استخدم السيد قلم حبر جاف قديم.
تحتاج إلى إعداد ثلاثة أسلاك مرنة رقيقة أطول من الأنبوب. ملحومة الأسلاك إلى أرجل جهاز الاستشعار ، معزول.
الخطوة الرابعة: البناء
تتناسب بطارية 9V وشاشة OLED و Arduino Nano بشكل مريح في صندوق Tic-Tac. الميزة هي أنها شفافة ، لذلك تتم قراءة القيم الموجودة على الشاشة جيدًا في الداخل. يتم توصيل جميع المكونات الثابتة (المستشعر والمفتاح والزر) بالأعلى بحيث يمكن إزالة الوحدة بالكامل من الصندوق لاستبدال البطارية أو تحديث الرمز.
لم يكن السيد من المعجبين ببطاريات 9 فولت ، فهي باهظة الثمن ولديها سعة صغيرة. لكن السوبر ماركت المحلي باع فجأة نسخة قابلة لإعادة الشحن من NiMH مقابل 1 يورو لكل منها. يمكن إعادة شحنها بسهولة إذا تم تزويدها بقوة 11 فولت من خلال المقاوم 100 أوم طوال الليل. لتوصيل البطارية ، يستخدم المعلم جهات الاتصال من بطارية 9 فولت القديمة. بطارية 9V مدمجة. من البطارية + تقدم على Vin Arduino ، ناقصًا على GND. عند خرج +5 فولت ، سيكون هناك جهد قابل للتعديل يبلغ 5 فولت للعرض ومستشعر القاعة.
يتم توصيل مسبار القاعة وشاشة OLED والزر بنفس الطريقة الموجودة على لوحة التوصيل. الإضافة الوحيدة هي أن زر التشغيل / الإيقاف مثبت بين بطارية 9V و Arduino.
الخطوة الخامسة: المعايرة
يتوافق ثابت المعايرة في الرمز مع الرقم الموضح في الوصف الفني (1.4 مللي فولت / غاوس) ، لكن الوصف الفني يسمح بنطاق واسع (1.0-1.75 مللي فولت / غاوس). للحصول على نتائج دقيقة ، نحتاج إلى معايرة المسبار.
أسهل طريقة لإنشاء مجال مغناطيسي بقوة محددة بدقة هي استخدام ملف لولبي.
للحساب ، يتم أخذ الصيغة التالية: B = mu0 * n * I. الثابت المغناطيسي هو ثابت mu0 = 1.2566x10 ^ -6 T / M / A. المجال متماثل ويعتمد فقط على كثافة اللفات n والتيار I ، والتي يمكن قياسها بالخير دقة (~ 1٪). تعمل الصيغة أعلاه في هذه الحالة إذا كانت نسبة الطول إلى القطر L / D> 10.
لصنع ملف لولبي مناسب ، تحتاج إلى أخذ أنبوب أسطواني مجوف مع L / D> 10 ولف الملف. استخدم السيد أنبوب PVC بقطر خارجي يبلغ 23 ملم. عدد الأدوار 566. المقاومة 10 أوم.
ثم تزود الطاقة بالملف وتقيس التيار بمقياس متعدد. للتحكم في التيار ، يستخدم مصدر جهد تيار متردد أو مقاوم تحميل متغير. يقيس المجال المغناطيسي للعديد من الإعدادات الحالية ويقارنه بالقراءات.
قبل المعايرة ، أظهر المستشعر 6.04 طن متري ، بينما كان نظريًا 3.50 طن متري. لذلك ، قام المعلم بضرب ثابت المعايرة في السطر 18 من الرمز بمقدار 0.58. يتم معايرة مقياس المغناطيسية الآن.
