Un magnetómetro, a veces también llamado gaussímetro, mide la fuerza de un campo magnético. Esta es una herramienta importante para verificar imanes permanentes y electroimanes y para comprender la forma de las configuraciones de campo de imanes no estándar. Con suficiente sensibilidad, también puede detectar objetos de hierro magnetizados. Se pueden detectar campos que varían en el tiempo de motores y transformadores si la sonda es suficientemente sensible.
En este artículo, el asistente le dirá cómo hacer un magnetómetro portátil simple con componentes comunes: un sensor Hall lineal, Arduino, pantalla y botón. El costo total es inferior a 5 euros, y la sensibilidad es de ~ 0.01 mT en el rango de -100 a + 100 mT. Esto es mejor de lo que cabría esperar de dicho dispositivo. Para obtener lecturas precisas, debe calibrar el instrumento, y el asistente también describe este proceso.
Herramientas y materiales:
-SS49E sensor Hall lineal;
-Arduino Uno;
-SSD1306 - Pantalla OLED monocromática de 0.96 ”con interfaz I2C;
-Micro botón;
- Bolígrafo;
-3 alambres trenzados delgados;
-Tubo de contracción de 12 cm de espesor (1,5 mm);
-Caja de plástico (18x46x83 mm);
-Conmutador;
-Batería 9V;
-Batería titular;
Paso uno: teoría
Puede usar un teléfono inteligente para medir el campo magnético. Los teléfonos inteligentes generalmente contienen un magnetómetro de 3 ejes, pero generalmente está optimizado para un campo magnético débil de la Tierra ~ 1 Gauss = 0.1 mT. Se desconoce la ubicación del sensor en el teléfono y no es posible colocar el sensor dentro de orificios estrechos, como el orificio de un electroimán.
El efecto Hall es una forma común de medir campos magnéticos. Cuando los electrones fluyen a través de un conductor en un campo magnético, se desvían lateralmente y, por lo tanto, crean una diferencia de potencial en los lados del conductor. Con la elección correcta del material y la geometría del semiconductor, se obtiene una señal medible, que puede amplificarse y proporcionar la medición de un componente del campo magnético.
El asistente utiliza un sensor SS49E barato y ampliamente disponible.
Estas son sus características:
• energéticamente eficiente
• Conveniente interfaz de PCB
• Salida estable de bajo ruido
• Rango de voltaje de alimentación de 2.7V DC a 6.5V DC
• Sensibilidad 1.4mV / G
• Tiempo de respuesta: 3mks
• Linealidad (% del rango) 0.7%
• Rango de temperatura de funcionamiento de -40 ° C a 100 ° C
El sensor es compacto, ~ 4x3x2 mm. Mide el componente del campo magnético perpendicular a su superficie frontal. El sensor es bipolar y tiene 3 pines - Vcc Gnd Out
Paso dos: tablero
Primero, el asistente ensambla el circuito en una placa de pruebas. Conecta el sensor Hall, la pantalla y el botón: el sensor Hall debe estar conectado a + 5V, GND, A1 (de izquierda a derecha). La pantalla debe estar conectada a GND, + 5V, A5, A4 (de izquierda a derecha). Cuando se presiona el botón, es necesario establecer una conexión a tierra en A0.
El código fue escrito y descargado usando el Arduino IDE versión 1.8.10. Requiere la instalación de las bibliotecas Adafruit_SSD1306 y Adafruit_GFX.
La pantalla debe mostrar el valor de corriente continua y el valor de corriente alterna.
El código se puede descargar a continuación.
Magnetometer.ino
Paso tres: sensor
El sensor Hall se instala mejor al final de un tubo estrecho. Esta disposición es muy conveniente y se puede colocar fácilmente dentro de agujeros estrechos. Cualquier tubo hueco hecho de material no magnético servirá. El maestro usó un bolígrafo viejo.
Necesita preparar tres alambres flexibles delgados que son más largos que el tubo. Soldar los cables a las patas del sensor, aislado.
Paso cuatro: construir
La batería de 9V, la pantalla OLED y el Arduino Nano caben cómodamente en una caja Tic-Tac. La ventaja es que es transparente, por lo que los valores en la pantalla se leen bien en el interior. Todos los componentes fijos (sensor, interruptor y botón) están unidos a la parte superior para que toda la unidad se pueda quitar de la caja para reemplazar la batería o actualizar el código.
El maestro no era fanático de las baterías de 9 V, son caras y tienen una capacidad pequeña. Pero el supermercado local de repente vendió una versión recargable de NiMH por 1 euro cada uno. Se pueden recargar fácilmente si reciben alimentación de 11 V a través de una resistencia de 100 Ohm durante la noche. Para conectar la batería, el maestro usa los contactos de la batería antigua de 9 V. La batería de 9V es compacta. De batería + servido en Vin Arduino, menos en GND. Una salida de +5 V tendrá un voltaje ajustable de 5 V para la pantalla y para el sensor Hall.
La sonda Hall, la pantalla OLED y el botón están conectados de la misma manera que en la placa de pruebas. La única adición es que el botón de encendido / apagado está instalado entre la batería de 9V y el Arduino.
Paso cinco: calibración
La constante de calibración en el código corresponde al número indicado en la descripción técnica (1.4 mV / gauss), pero la descripción técnica permite un amplio rango (1.0-1.75 mV / gauss). Para obtener resultados precisos, necesitamos calibrar la sonda.
La forma más fácil de crear un campo magnético con una fuerza definida con precisión es usar un solenoide.
Para el cálculo, se toma la siguiente fórmula: B = mu0 * n * I. La constante magnética es constante mu0 = 1.2566x10 ^ -6 T / M / A. El campo es uniforme y depende solo de la densidad de los devanados ny la corriente I, que se puede medir con buena precisión (~ 1%). La fórmula anterior en este caso funciona si la relación de longitud a diámetro L / D> 10.
Para hacer un solenoide adecuado, debe tomar un tubo cilíndrico hueco con L / D> 10 y enrollar el devanado. El maestro usó un tubo de PVC con un diámetro exterior de 23 mm. El número de vueltas es 566. La resistencia es de 10 ohmios.
Luego suministra energía a la bobina y mide la corriente con un multímetro. Para controlar la corriente, utiliza una fuente de voltaje de CA o una resistencia de carga variable. Mide el campo magnético para varias configuraciones actuales y lo compara con las lecturas.
Antes de la calibración, el sensor mostró 6.04 mT, mientras que en teoría era 3.50 mT. Por lo tanto, el maestro multiplicó la constante de calibración en la línea 18 del código por 0.58. El magnetómetro ahora está calibrado.
