Շարժական մագնիսաչափ ՝ 7 քայլ (նկարներով)

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:46

Մագնիսաչափը, որը երբեմն նաև կոչվում է Գաուսմետր, չափում է մագնիսական դաշտի ուժը: Այն էական գործիք է մշտական մագնիսների և էլեկտրամագնիսների ուժը ստուգելու և ոչ չնչին մագնիսների կազմաձևերի դաշտի ձևը հասկանալու համար: Եթե այն բավական զգայուն է, կարող է նաև հայտնաբերել, արդյոք երկաթե առարկաները մագնիսացվել են: Շարժիչներից և տրանսֆորմատորներից ժամանակի փոփոխվող դաշտերը կարող են հայտնաբերվել, եթե զոնդը բավականաչափ արագ է:

Բջջային հեռախոսները սովորաբար պարունակում են 3 առանցքի մագնիսաչափ, սակայն դրանք օպտիմիզացված են earth 1 Գաուս = 0.1 մՏ թույլ երկրի մագնիսական դաշտի համար և հագեցած են մի քանի մՏ դաշտերում: Սենսորի գտնվելու վայրը հեռախոսի վրա ակնհայտ չէ, և հնարավոր չէ սենսորը տեղադրել նեղ բացվածքների ներսում, ինչպիսին է էլեկտրամագնիսը: Ավելին, գուցե չցանկանաք ձեր սմարթֆոնը մոտեցնել ուժեղ մագնիսներին:

Այստեղ ես նկարագրում եմ, թե ինչպես պատրաստել պարզ շարժական մագնիսաչափ ընդհանուր բաղադրիչներով ՝ գծային սրահի ցուցիչ, Arduino, էկրան և սեղմիչ: Ընդհանուր արժեքը 5 եվրոյից պակաս է, իսկ 00 0.01mT- ի զգայունությունը -100 -ից +100mT միջակայքում ավելի լավ է, քան այն, ինչ դուք կարող եք միամտորեն սպասել: Accurateշգրիտ բացարձակ ընթերցումներ ստանալու համար հարկավոր է այն ճշգրտել. Ես նկարագրում եմ, թե ինչպես դա անել տանը պատրաստված երկար էլեկտրահաղորդիչով:

Քայլ 1: Դահլիճի զոնդ

Hall- էֆեկտը մագնիսական դաշտերը չափելու սովորական միջոց է: Երբ էլեկտրոնները մագնիսական դաշտում հոսում են հաղորդիչի միջով, նրանք շեղվում են կողքից և դրանով իսկ պոտենցիալ տարբերություն են ստեղծում դիրիժորի կողմերում: Կիսահաղորդչային նյութի և երկրաչափության ճիշտ ընտրությամբ արտադրվում է չափելի ազդանշան, որը կարող է ուժեղացվել և ապահովել մագնիսական դաշտի մեկ բաղադրիչի չափումը:

Ես օգտագործում եմ SS49E- ն, քանի որ այն էժան է և լայնորեն հասանելի: Մի քանի բան, որոնք պետք է նշել իր տվյալների թերթիկից.

• Մատակարարման լարումը `2.7-6.5 Վ, այնքան կատարյալ համատեղելի է Arduino- ի 5V- ի հետ:
• Ullրոյական ելք ՝ 2.25-2.75V, այսինքն ՝ մոտավորապես կեսից 0-ից մինչև 5V:
• Ensգայունություն ՝ 1.0-1.75 մՎ/Գաուս, այնպես որ ճշգրիտ արդյունքներ ստանալու համար կպահանջվի ճշգրտում:
• Ելքային լարումը 1.0V-4.0V (եթե աշխատում է 5V- ով). Լավ ծածկված է Arduino ADC- ով:
• Միջակայք ` +-650G նվազագույն, +-1000G բնորոշ:
• Արձագանքման ժամանակը 3 մուս է, այնպես որ կարող է նմուշառել մի քանի տասնյակ կՀց հաճախականությամբ:
• Մատակարարման հոսանքը `6-10 մԱ, բավական ցածր` մարտկոցով աշխատելու համար:
• Temերմաստիճանի սխալ. ~ 0.1% մեկ աստիճանի համար: Թվում է քիչ, բայց 0.1% օֆսեթային շեղումը տալիս է 3 մՏ սխալ:

Սենսորը կոմպակտ է, ~ 4x3x2 մմ, և չափում է մագնիսական դաշտի այն բաղադրիչը, որն ուղղահայաց է իր առջևի երեսին: Այն դրական արդյունք կտա այն դաշտերի համար, որոնք ուղղված են հետևի կողմից դեպի առջևի կողմը, օրինակ, երբ ճակատը հասցվում է մագնիսական հարավային բևեռի: Սենսորն ունի 3 հոսանք ՝ +5V, 0V և ելք ՝ ձախից աջ, երբ տեսանելի է առջևից:

Քայլ 2: Պահանջվող նյութ

• SS49E գծային Hall ցուցիչ: Սրանք 1 եվրո արժեն առցանց 10 -ի հավաքածուի համար:
• Arduino Uno նախատիպի տախտակով նախատիպի համար կամ Arduino Nano (առանց վերնագրերի) շարժական տարբերակի համար
• SSD1306 0.96”մոնոխրոմ OLED էկրան I2C ինտերֆեյսով
• Մի ակնթարթային սեղմիչ

Theոնդը կառուցելու համար.

• Հին գնդիկ կամ այլ ամուր սնամեջ խողովակ
• 3 բարակ շղթայի լարեր ՝ խողովակից մի փոքր ավելի երկար
• 12 սմ բարակ (1.5 մմ) նեղացման խողովակ

Դյուրակիր դարձնելու համար.

• Մեծ տիկ-տուփ (18x46x83 մմ) կամ նմանատիպ
• 9 վ մարտկոցի մարտկոց
• Միացման/անջատման անջատիչ

Քայլ 3. Առաջին տարբերակ. Arduino նախատիպի տախտակի օգտագործումը

Միշտ նախատիպ նախ ստուգեք, որ բոլոր բաղադրիչներն աշխատում են, և որ ծրագրակազմը գործում է: Հետևեք նկարին և միացրեք Hall զոնդը, էկրանը և null կոճակը. Hall զոնդը պետք է միացված լինի +5V, GND, A0 (ձախից աջ): Էկրանը պետք է միացված լինի GND, +5V, A5, A4 (ձախից աջ): Կոճակին սեղմելիս անհրաժեշտ է կապ հաստատել գետնից A1- ի հետ:

Կոդը գրվել և վերբեռնվել է Arduino IDE 1.8.10 տարբերակի միջոցով: Այն պահանջում է տեղադրել Adafruit_SSD1306 և Adafruit_GFX գրադարանները: Վերբեռնեք ծածկագիրը կցված ուրվագծում:

Էկրանը պետք է ցույց տա DC և AC արժեք:

Քայլ 4: Որոշ մեկնաբանություններ օրենսգրքի վերաբերյալ

Ազատորեն բաց թողեք այս բաժինը, եթե ձեզ չի հետաքրքրում կոդի ներքին աշխատանքը:

Կոդի հիմնական առանձնահատկությունն այն է, որ մագնիսական դաշտը չափվում է 2000 անգամ անընդմեջ: Սա տեւում է մոտ 0.2-0.3 վայրկյան: Չափումների գումարի և քառակուսի գումարի հաշվին հետևելով, հնարավոր է հաշվարկել ինչպես միջին, այնպես էլ ստանդարտ շեղումը, որոնք հաղորդվում են որպես DC և AC: Միջին մեծ թվով չափումներ կատարելով ՝ ճշգրտությունը մեծանում է ՝ տեսականորեն sqrt (2000) ~ 45 -ով: Այսպիսով, 10-բիթանոց ADC- ով մենք կարող ենք հասնել 15-բիթանոց ADC- ի ճշգրտությանը: Դա մեծ տարբերություն է ստեղծում. 1 ADC- ի հաշվարկը 5mV է, ինչը ~ 0.3mT է: Միջին գնահատման շնորհիվ մենք բարելավում ենք 0.3mT- ից 0.01mT ճշգրտությունը:

Որպես բոնուս, մենք ստանում ենք նաև ստանդարտ շեղում, ուստի տատանվող դաշտերը նույնականացվում են որպես այդպիսին: 50 Հց տատանվող դաշտը չափման ընթացքում կատարում է full 10 ամբողջական ցիկլ, ուստի դրա AC արժեքը կարող է լավ չափվել:

Կոդը կազմելուց հետո ես ստանում եմ հետևյալ արձագանքը. Sketch- ը օգտագործում է ծրագրի պահեստային տարածքի 16852 բայթ (54%): Առավելագույնը `30720 բայթ: Գլոբալ փոփոխականներն օգտագործում են դինամիկ հիշողության 352 բայթ (17%), իսկ տեղական փոփոխականների համար թողնում է 1696 բայթ: Առավելագույնը 2048 բայթ:

Տիեզերքի մեծ մասը զբաղեցնում են Adafruit գրադարանները, սակայն հետագա ֆունկցիոնալության համար շատ տեղ կա

Քայլ 5: Հետաքննության պատրաստում

Beոնդը լավագույնս տեղադրված է նեղ խողովակի ծայրին. Այս կերպ այն կարելի է հեշտությամբ տեղադրել և պահել իր դիրքում նույնիսկ նեղ բացվածքների ներսում: Ոչ մագնիսական նյութի ցանկացած սնամեջ խողովակ կկատարի: Ես օգտագործեցի հին գնդիկ, որը կատարյալ տեղավորում էր:

Պատրաստեք 3 բարակ ճկուն մետաղալարեր, որոնք ավելի երկար են, քան խողովակը: Ես օգտագործեցի 3 սմ ժապավենային մալուխ: Գույների մեջ տրամաբանություն չկա (նարնջագույն +5 Վ, կարմիր ՝ 0 Վ, մոխրագույն ՝ ազդանշան), բայց ընդամենը 3 լարով կարող եմ հիշել:

Theոնդը նախատիպի վրա օգտագործելու համար վերջում զոդեք մի քանի կտոր պինդ միջուկով միացված մետաղալարով և պաշտպանեք դրանք փոքրացող խողովակով: Հետագայում դա կարող է կտրվել այնպես, որ զոնդերի լարերը կարող են ուղղակիորեն զոդվել Arduino- ին:

Քայլ 6: Շարժական գործիքի ստեղծում

9 Վ մարտկոցը, OLED էկրանը և Arduino Nano- ն հարմար տեղավորվում են (մեծ) Tic-Tac տուփի ներսում: Այն առավելություն ունի թափանցիկ լինելու համար, էկրանը լավ ընթերցելի է նույնիսկ ներսում: Բոլոր ֆիքսված բաղադրիչները (զոնդը, միացման/անջատման անջատիչը և կոճակը) ամրացված են վերևում, այնպես որ մարտկոցը փոխելու կամ ծածկագիրը թարմացնելու համար ամբողջ հավաքածուն կարող է հանվել տուփից:

Ես երբեք 9 Վ մարտկոցի երկրպագու չեմ եղել. Դրանք թանկ են և փոքր հզորություն ունեն: Բայց իմ տեղական սուպերմարկետը հանկարծակի վաճառեց վերալիցքավորվող NiMH տարբերակը յուրաքանչյուրը 1 եվրոյով, և ես պարզեցի, որ դրանք կարող են հեշտությամբ լիցքավորվել ՝ դրանք գիշերը 11 Վ -ով 100 Օմ ռեզիստորի միջոցով պահելով: Ես էժան կերպով պատվիրեցի տեսահոլովակներ, բայց դրանք այդպես էլ չեկան, ուստի ես հանեցի հին 9 Վ մարտկոցը ՝ վերևը տեսահոլովակի վերածելու համար: 9 Վ մարտկոցի լավ կողմն այն է, որ այն կոմպակտ է, և Arduino- ն այն լավ է աշխատում ՝ այն միացնելով Vin- ին: +5V- ում կլինի կարգավորվող 5V հասանելի OLED- ի և Hall զոնդի համար:

Hall զոնդը, OLED էկրանը և սեղմման կոճակը միացված են այնպես, ինչպես նախատիպի դեպքում: Միակ հավելումը միացման/անջատման կոճակն է 9 Վ մարտկոցի և Arduino- ի միջև:

Քայլ 7: Կալիբրացում

Կոդի ճշգրտման հաստատուն համապատասխանում է տվյալների թերթում տրված թվին (1.4mV/Gauss), սակայն տվյալների թերթը թույլ է տալիս մեծ տիրույթ (1.0-1.75mV/Gauss): Accurateշգրիտ արդյունքներ ստանալու համար մենք պետք է չափագրենք զոնդը:

Հստակ որոշված ուժի մագնիսական դաշտ արտադրելու ամենաուղիղ ձևը սոլենոիդ օգտագործելն է. Երկար էլեկտրամագնիսական դաշտի ուժը հետևյալն է `B = mu0*n*I: Վակուումային թափանցելիությունը բնության հաստատուն է. Mu0 = 1.2566x10^-6 T/m/A: Դաշտը միատարր է և կախված է միայն n ոլորունների և ընթացիկ I- ի խտությունից, երկուսն էլ կարող են չափվել լավ ճշգրտությամբ (~ 1%): Մեջբերված բանաձևը բխում է անսահման երկար էլեկտրամագնիսից, բայց շատ լավ մոտավորություն է կենտրոնում գտնվող դաշտի համար, քանի դեռ երկարության և տրամագծի հարաբերակցությունը, L/D> 10:

Համապատասխան էլեկտրամագնիս պատրաստելու համար վերցրեք L/D> 10 խոռոչ գլանաձեւ խողովակ և էմալապատ մետաղալարով կանոնավոր ոլորուն քսեք: Ես օգտագործեցի 23 մմ տրամագծով և արտաքին տրամագծով PVC խողովակ և 566 ոլորուն փաթաթեցի, քան 20,2 սմ երկարությամբ, որի արդյունքում ստացվեց n = 28/սմ = 2800/մ: Լարի երկարությունը 42 մ է, իսկ դիմադրությունը `10.0 Օմ:

Էլեկտրաէներգիա մատակարարեք կծիկին և չափեք ընթացիկ հոսքը բազմիմետրով: Օգտագործեք կամ փոփոխական լարման մատակարարում կամ փոփոխական բեռի դիմադրություն `ընթացիկ հոսանքը վերահսկողության տակ պահելու համար: Չափեք մագնիսական դաշտը մի քանի ընթացիկ պարամետրերի համար և համեմատեք այն ընթերցումների հետ:

Մինչև ճշգրտումը ես չափեցի 6,04 մՏ/Ա, մինչդեռ տեսությունը կանխատեսում էր 3,50 մՏ/Ա: Այսպիսով, ես բազմապատկեցի կալիբրացիայի հաստատունը ծածկագրի 18 -րդ տողում 0.58 -ով: Մագնիսաչափը այժմ ճշգրտված է:

Երկրորդ տեղը Մագնիսների մարտահրավերում