Um magnetômetro, às vezes também chamado de medidor gauss, mede a força de um campo magnético. Esta é uma ferramenta importante para verificar ímãs permanentes e eletroímãs e para entender o formato das configurações de campo de ímãs não padronizados. Com sensibilidade suficiente, ele também pode detectar objetos de ferro magnetizados. Campos variáveis no tempo de motores e transformadores podem ser detectados se a sonda for suficientemente sensível.
Neste artigo, o Assistente mostrará como criar um magnetômetro portátil simples com componentes comuns: um sensor Hall linear, Arduino, visor e botão. O custo total é inferior a 5 euros e a sensibilidade é de ~ 0,01 mT na faixa de -100 a + 100 mT. Isso é melhor do que você esperaria de um dispositivo assim. Para obter leituras precisas, você deve calibrar o instrumento, e o assistente também descreve esse processo.
Ferramentas e materiais:
- Sensor Hall linear SS49E;
-Arduino Uno;
-SSD1306 - display OLED monocromático de 0,96 ”com interface I2C;
Botão -Micro;
- caneta esferográfica;
-3 fios trançados finos;
-12 cm de tubo retrátil fino (1,5 mm);
-Caixa de plástico (18x46x83 mm);
-Mudar;
Bateria 9V;
Suporte de bateria;
Etapa 1: Teoria
Você pode usar um smartphone para medir o campo magnético. Os smartphones geralmente contêm um magnetômetro de 3 eixos, mas geralmente são otimizados para um campo magnético fraco da Terra ~ 1 Gauss = 0,1 mT. A localização do sensor no telefone não é conhecida e não é possível colocar o sensor dentro de orifícios estreitos, como o orifício de um eletroímã.
O efeito Hall é uma maneira comum de medir campos magnéticos. Quando os elétrons fluem através de um condutor em um campo magnético, eles se desviam lateralmente e, assim, criam uma potencial diferença nos lados do condutor. Com a escolha certa do material e a geometria do semicondutor, é obtido um sinal mensurável, que pode ser amplificado e a medição de um componente do campo magnético pode ser assegurada.
O assistente usa um sensor SS49E barato e amplamente disponível.
Aqui estão suas características:
• Eficiência Energética
• Interface PCB conveniente
• Saída estável de baixo ruído
• Faixa de tensão de alimentação de 2.7V DC a 6.5V DC
• Sensibilidade 1.4mV / G
• Tempo de resposta: 3mks
• Linearidade (% da faixa) 0,7%
• Faixa de temperatura operacional de -40 ° C a 100 ° C
O sensor é compacto, ~ 4x3x2 mm. Mede o componente do campo magnético perpendicular à sua superfície frontal. O sensor é bipolar e tem 3 pinos - Saída Vcc
Etapa 2: tábua de pão
Primeiro, o assistente monta o circuito em uma tábua de pão. Conecta o sensor Hall, a tela e o botão: O sensor Hall deve estar conectado a + 5V, GND, A1 (da esquerda para a direita). O monitor deve estar conectado a GND, + 5V, A5, A4 (da esquerda para a direita). Quando o botão é pressionado, é necessário estabelecer uma conexão de aterramento em A0.
O código foi gravado e baixado usando o Arduino IDE versão 1.8.10. Requer a instalação das bibliotecas Adafruit_SSD1306 e Adafruit_GFX.
O display deve mostrar o valor atual direto e o valor atual alternado.
O código pode ser baixado abaixo.
Magnetometer.ino
Etapa 3: Sensor
O sensor Hall é melhor instalado no final de um tubo estreito. Esse arranjo é muito conveniente e pode ser facilmente colocado dentro de orifícios estreitos. Qualquer tubo oco feito de material não magnético serve. O mestre usou uma velha caneta esferográfica.
Você precisa preparar três fios flexíveis finos que são mais longos que o tubo. Soldou os fios nas pernas do sensor, isolados.
Etapa quatro: criar
A bateria de 9V, a tela OLED e o Arduino Nano cabem confortavelmente em uma caixa Tic-Tac. A vantagem é que é transparente, portanto os valores na tela são bem lidos por dentro. Todos os componentes fixos (sensor, interruptor e botão) são conectados à parte superior para que toda a unidade possa ser removida da caixa para substituir a bateria ou atualizar o código.
O mestre não era fã de baterias de 9V, são caras e têm uma capacidade pequena. Mas o supermercado local vendeu de repente uma versão recarregável do NiMH por 1 euro cada. Eles podem ser recarregados facilmente se forem fornecidos com energia de 11 V através de um resistor de 100 Ohm durante a noite. Para conectar a bateria, o mestre usa os contatos da bateria antiga de 9 V. A bateria de 9V é compacta. De bateria + servido no Vin Arduino, menos no GND. Na saída de +5 V, haverá uma tensão ajustável de 5 V para a tela e para o sensor Hall.
A sonda Hall, a tela OLED e o botão são conectados da mesma maneira que na placa de ensaio. A única adição é que o botão liga / desliga é instalado entre a bateria de 9V e o Arduino.
Etapa 5: Calibração
A constante de calibração no código corresponde ao número indicado na descrição técnica (1,4 mV / gauss), mas a descrição técnica permite uma ampla faixa (1,0-1,75 mV / gauss). Para obter resultados precisos, precisamos calibrar a sonda.
A maneira mais fácil de criar um campo magnético com uma força definida com precisão é usar um solenóide.
Para o cálculo, é adotada a seguinte fórmula: B = mu0 * n * I. A constante magnética é constante mu0 = 1,2566x10 ^ -6 T / M / A. O campo é uniforme e depende apenas da densidade dos enrolamentos ne da corrente I, que pode ser medida com bons precisão (~ 1%). A fórmula acima, neste caso, funciona se a relação comprimento / diâmetro L / D> 10.
Para fazer um solenóide adequado, você precisa pegar um tubo cilíndrico oco com L / D> 10 e enrolar o enrolamento. O mestre usou um tubo de PVC com um diâmetro externo de 23 mm. O número de voltas é 566. A resistência é 10 ohms.
Em seguida, ele fornece energia à bobina e mede a corrente com um multímetro. Para controlar a corrente, ele usa uma fonte de tensão CA ou um resistor de carga variável. Mede o campo magnético para várias configurações atuais e o compara com as leituras.
Antes da calibração, o sensor mostrava 6,04 mT, enquanto na teoria era de 3,50 mT. Portanto, o mestre multiplicou a constante de calibração na linha 18 do código por 0,58. O magnetômetro está agora calibrado.
