🕳️ 🔱 🐶 एक पोर्टेबल मैग्नेटोमीटर को इकट्ठा करना 🔁 🏤 👎🏾

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मैग्नेटोमीटर से एक लेख का अनुवाद , जिसे कभी-कभी गॉसोमीटर भी कहा जाता है, चुंबकीय क्षेत्र की ताकत को मापता है [ इस मामले में, चुंबकीय प्रेरण / लगभग। perev। ]। यह स्थायी मैग्नेट और इलेक्ट्रोमैग्नेट की ताकत को मापने के लिए आवश्यक उपकरण है, साथ ही मैग्नेट के गैर-तुच्छ संयोजन के क्षेत्र के आकार को स्थापित करने के लिए भी है। यह धातु की वस्तुओं के चुंबकीयकरण का पता लगाने के लिए पर्याप्त संवेदनशील है। यदि जांच काफी तेजी से काम करती है, तो यह मोटरों और ट्रांसफार्मर से अलग-अलग क्षेत्रों का पता लगाने में सक्षम होगा।

मोबाइल फोन आमतौर पर तीन-अक्ष मैग्नेटोमीटर है, लेकिन यह 1 गॉस = 0.1 मीट्रिक टन [वाले बल के साथ पृथ्वी के एक कमजोर चुंबकीय क्षेत्र के लिए अनुकूलित है millilitles] और कई एमटी की प्रेरण के साथ खेतों में संतृप्त है। यह आमतौर पर स्पष्ट नहीं होता है कि वास्तव में यह सेंसर टेलीफोन में कहां स्थित है, और इसे अक्सर एक अड़चन के अंदर रखना असंभव है जैसे कि चुंबक कट। इसके अलावा, स्मार्टफोन को मजबूत मैग्नेट में लाना बिल्कुल भी बेहतर नहीं है।

इस लेख में मैं वर्णन करूंगा कि सामान्य घटकों से सबसे सरल पोर्टेबल मैग्नेटोमीटर कैसे बनाया जाए: हमें एक रैखिक हॉल सेंसर, अरुडिनो, एक डिस्प्ले और एक बटन की आवश्यकता है। डिवाइस की कुल लागत € 5 से अधिक नहीं है, और यह 0.01 mT की त्रुटि के साथ -100 से +100 mT तक प्रेरण को मापेगा - जितना आप उम्मीद कर सकते हैं उससे बेहतर। सटीक निरपेक्ष संकेतक प्राप्त करने के लिए, आपको इसे कैलिब्रेट करने की आवश्यकता होगी: मैं यह वर्णन करूंगा कि यह एक लंबे समय से घर-निर्मित सोलॉयड की मदद से कैसे किया जाता है।

चरण 1: हॉल सेंसर

हॉल का प्रभाव अक्सर चुंबकीय क्षेत्रों को मापने के लिए उपयोग किया जाता है। जब इलेक्ट्रॉन एक चुंबकीय क्षेत्र में रखे गए कंडक्टर से गुजरते हैं, तो उन्हें किनारे पर ले जाया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप कंडक्टर में अनुप्रस्थ संभावित अंतर दिखाई देता है। अर्धचालक की सामग्री और ज्यामिति को सही ढंग से चुनकर, आप एक औसत दर्जे का संकेत प्राप्त कर सकते हैं, जो तब प्रवर्धित किया जा सकता है और चुंबकीय क्षेत्र के एक घटक के माप का उत्पादन कर सकता है।

मैं SS49E का उपयोग करता हूं क्योंकि यह सस्ता और सस्ती है। इसके प्रलेखन से क्या ध्यान देने योग्य है :

पावर: 2.7 - 6.5 V, जो Arduino के लिए 5 V के साथ पूरी तरह से संगत है।
शून्य संकेत: 2.25-2.75 वी, 0 और 5 वी के बीच लगभग आधा।
संवेदनशीलता: 1.0-1.75 एमवी / जी, इसलिए सटीक परिणाम प्राप्त करने के लिए अंशांकन की आवश्यकता होगी।
आउटपुट वोल्टेज: 1.0 - 4.0 V (5 वी से संचालन के लिए): सीमा को Arduino ADC द्वारा कवर किया गया है।
रेंज: न्यूनतम: 650 जीएस, आमतौर पर + / 1 1000 जीएस।
प्रतिक्रिया समय: 3 μs, अर्थात्, दसियों kHz की आवृत्ति के साथ माप करना संभव है।
ऑपरेटिंग करंट: 6-10 mA, एक बैटरी के लिए पर्याप्त।
तापमान त्रुटि: 0.1% प्रति डिग्री सेल्सियस। यह थोड़ा सा लगता है, लेकिन 0.1% का विचलन 3 mT की त्रुटि देता है।

सेंसर कॉम्पैक्ट, 4x3x3 मिमी है, और इसके सामने की तरफ लंबवत चुंबकीय क्षेत्र के घटक को मापता है। यह पीछे से सामने की ओर जाने वाले क्षेत्रों के लिए एक सकारात्मक मूल्य देता है - उदाहरण के लिए, जब यह एक चुंबक के दक्षिणी ध्रुव का सामना करता है। सेंसर में तीन संपर्क होते हैं, +5 V, 0 V और आउटपुट बाएं से दाएं जब चेहरे से देखा जाता है।

चरण 2: आवश्यक सामग्री

रैखिक हॉल प्रभाव सेंसर SS49E। € 10 टुकड़ों के लिए 1।
पोर्टेबल संस्करण के लिए पिन के बिना प्रोटोटाइप बोर्ड या Arduino नैनो के साथ Arduino Uno।
मोनोक्रोम ओएलईडी डिस्प्ले SSD1306 0.96 ”I2C इंटरफ़ेस के साथ है।
बटन।

जांच के लिए:

बॉलपॉइंट पेन या अन्य टिकाऊ ट्यूब।
ट्यूब की तुलना में 3 पतले तार।
1.5 सेमी के व्यास के साथ 12 सेमी गर्मी हटना।

पोर्टेबल संस्करण के लिए:

एक बड़ा टिक-टैक बॉक्स (18x46x83) या ऐसा ही कुछ।
9V बैटरी संपर्क
स्विच।

चरण 3: पहला संस्करण - प्रोटोटाइप बोर्ड का उपयोग करना

सबसे पहले, सभी घटकों और सॉफ़्टवेयर के संचालन का परीक्षण करने के लिए हमेशा एक प्रोटोटाइप का निर्माण करें! कनेक्शन तस्वीर में दिखाई देता है: हॉल सेंसर संपर्क Arduino + 5V, GND, A1 (बाएं से दाएं) से जुड़ा है। डिस्प्ले GND, + 5V, A5, A4 (बाएं से दाएं) से जुड़ता है। बटन, जब दबाया जाता है, तो जमीन और A0 को बंद करना चाहिए।

कोड Arduino IDE v में लिखा गया है। 1.8.10। Adafruit_SSD1306 और Adafruit_GFX पुस्तकालयों की स्थापना की आवश्यकता है।

यदि सब कुछ सही ढंग से किया जाता है, तो डिस्प्ले को डीसी और एसी मान देना चाहिए।

चरण 4: कोड के बारे में थोड़ा

यदि आपको कोड में कोई दिलचस्पी नहीं है, तो आप इस भाग को छोड़ सकते हैं।

कोड की एक प्रमुख विशेषता यह है कि चुंबकीय क्षेत्र को एक पंक्ति में 2,000 बार मापा जाता है। यह 0.2 - 0.3 सेकंड लेता है। योग और माप के वर्ग को ट्रैक करके, माध्य और मानक विचलन की गणना करना संभव है, जो डीसी और एसी के रूप में दिए गए हैं। बड़ी संख्या में मापों का लाभ उठाते हुए, हम सटीकता बढ़ाते हैं, सैद्धांतिक रूप से, ≈2000 large 45 से। यह पता चलता है कि 10-बिट एडीसी का उपयोग करके, हम 15-बिट एडीसी की सटीकता प्राप्त करते हैं! और यह मायने रखता है: एडीसी का 1 चरण 4 mV है, अर्थात ~ 0.3 mT। औसत के कारण, हम त्रुटि को 0.3 mT से 0.01 mT तक कम कर देते हैं।

एक बोनस के रूप में, हम मानक विचलन प्राप्त करते हैं, इस प्रकार बदलते क्षेत्र का निर्धारण करते हैं। 50 हर्ट्ज की आवृत्ति के साथ दोलन एक क्षेत्र माप के दौरान लगभग 10 चक्रों से गुजरता है, इसलिए आप एसी के मूल्य को माप सकते हैं।

संकलन के बाद, मुझे निम्नलिखित आँकड़े मिले: स्केच 16852 बाइट्स (54%) प्रोग्राम स्टोरेज स्पेस का उपयोग करता है। अधिकतम 30720 बाइट्स है। वैश्विक चर 352 बाइट्स (17%) गतिशील मेमोरी का उपयोग करते हैं, स्थानीय चर के लिए 1696 बाइट्स छोड़ते हैं। अधिकतम 2048 बाइट्स है।

अधिकांश स्थान पर Adafruit पुस्तकालयों का कब्जा है, लेकिन कार्यक्षमता को जोड़ने के लिए अभी भी बहुत जगह है।

चरण 5: खाना पकाने की जांच

जांच एक संकीर्ण ट्यूब के अंत में तय की गई है: इसे बस तंग जगहों पर रखा जाएगा। गैर-चुंबकीय सामग्री से बना कोई भी ट्यूब करेगा। पुरानी बॉलपॉइंट पेन मेरे लिए एकदम सही थी।

तीन पतले लचीले तारों को ट्यूब से थोड़ा लंबा तैयार करें। मेरे केबल में तारों के रंगों में कोई तर्क नहीं है (नारंगी +5 वी, लाल 0 वी, ग्रे - सिग्नल), मेरे लिए उन्हें याद रखना आसान है।

एक प्रोटोटाइप के साथ एक जांच का उपयोग करने के लिए, केबल के अंत तक तार के मिलाप टुकड़े और उन्हें गर्मी हटना के साथ इन्सुलेट करें। बाद में उन्हें काट दिया जा सकता है और सीधे Arduino में मिलाया जा सकता है।

चरण 6: पोर्टेबल इंस्ट्रूमेंट को असेंबल करना

9V बैटरी, OLED स्क्रीन और Arduino नैनो आराम से एक बड़े टिक-टैक बॉक्स के अंदर फिट होते हैं। इसका लाभ पारदर्शिता है - स्क्रीन को पढ़ने में आसान है, यहां तक कि जब अंदर होता है। सभी निश्चित घटकों (जांच, स्विच और बटन) को कवर पर रखा गया है ताकि बैटरी को बदलने या कोड को अपडेट करने के लिए बॉक्स से सब कुछ हटाया जा सके।

मुझे 9 वी की बैटरी कभी पसंद नहीं आई - उनकी उच्च कीमत और कम क्षमता है। लेकिन मेरे सुपरमार्केट में, उन्होंने अचानक € 1 के लिए NiMH के अपने रिचार्जेबल संस्करण को बेचना शुरू कर दिया, और मैंने पाया कि अगर वे 100 वी ओम प्रतिरोध के माध्यम से 11 वी खिलाते हैं और रात भर छोड़ देते हैं तो उन्हें चार्ज करना आसान था। मैंने अपने लिए सस्ते बैटरी कनेक्टर का ऑर्डर दिया, लेकिन उन्होंने उन्हें मेरे पास नहीं भेजा, इसलिए मैंने कनेक्टर को बनाने के लिए पुरानी 9 वी बैटरी को अलग कर दिया। इसके कॉम्पैक्टनेस में प्लस 9 वी बैटरी, और विन से जुड़े होने पर अरुडिनो उस पर अच्छा काम करता है। +5 V पर 5 V का एक एडजस्टेबल वोल्टेज होगा, जिसकी आवश्यकता OLED और हॉल सेंसर के लिए होगी।

हॉल सेंसर, स्क्रीन और बटन प्रोटोटाइप की तरह ही जुड़े हुए हैं। बैटरी और Arduino के बीच केवल पावर बटन जोड़ा जाता है।

चरण 7: अंशांकन

कोड में अंशांकन निरंतरता प्रलेखन में निर्धारित संख्या (1.4 mV / G) से मेल खाती है, हालांकि, इस मान की सीमा (1.0-1.75 mV / G) प्रलेखन में अनुमत है। सटीक परिणाम प्राप्त करने के लिए, आपको जांच को जांचना होगा।

एक अच्छी तरह से परिभाषित चुंबकीय क्षेत्र प्राप्त करने का सबसे आसान तरीका एक सोलनॉइड का उपयोग करना है। सोलेनोइड फ़ील्ड का चुंबकीय प्रेरण B = μ ₀ * n * I. है। चुंबकीय स्थिरांक (या वैक्यूम की चुंबकीय पारगम्यता) एक प्राकृतिक स्थिरांक है: μ ₀ = 1.2566 x 10 ^-6टी / एम / ए। क्षेत्र एक समान है और केवल घुमावदार घनत्व n और वर्तमान I पर निर्भर करता है, जिसे लगभग 1% की त्रुटि के साथ मापा जा सकता है। सूत्र अनंत लंबाई के एक सोलेनोइड के लिए काम करता है, लेकिन यह अपने केंद्र में क्षेत्र के लिए एक बहुत अच्छा सन्निकटन के रूप में कार्य करता है यदि इसकी लंबाई का व्यास व्यास 10 से अधिक हो।

उपयुक्त सोलनॉइड को इकट्ठा करने के लिए, एक खोखले बेलनाकार पाइप को व्यास से 10 गुना लंबा लें और इसे एक अछूता से हवा दें। तारों। मैंने 23 मिमी के बाहरी व्यास के साथ एक पीवीसी ट्यूब का इस्तेमाल किया और 2066 सेमी तक फैले 566 मोड़ दिए, जो हमें n = 28 / सेमी = 2800 / मीटर देता है। तार की लंबाई 42 मीटर है, प्रतिरोध 10 ओम है।

कुंडल पर बिजली लागू करें और एक मल्टीमीटर के साथ वर्तमान को मापें। वर्तमान को नियंत्रित करने के लिए एक समायोज्य वर्तमान स्रोत या एक चर अवरोधक का उपयोग करें। विभिन्न वर्तमान मूल्यों के लिए चुंबकीय क्षेत्र को मापें और रीडिंग की तुलना करें।

अंशांकन से पहले, मुझे 6.04 एमटी / ए प्राप्त हुआ, हालांकि सिद्धांत रूप में यह 3.50 एमटी / ए होना चाहिए था। इसलिए, मैंने कोड की 18 वीं पंक्ति में अंशांकन निरंतर को 0.58 से गुणा किया। हो गया - मैग्नेटोमीटर कैलिब्रेटेड है!

एक पोर्टेबल मैग्नेटोमीटर को इकट्ठा करना