Un magnétomètre, parfois aussi appelé gaussmètre, mesure la force d'un champ magnétique. Il s'agit d'un outil important pour vérifier les aimants permanents et les électro-aimants et pour comprendre la forme des configurations de champ des aimants non standard. Avec une sensibilité suffisante, il peut également détecter des objets en fer magnétisés. Les champs variant dans le temps des moteurs et des transformateurs peuvent être détectés si la sonde est suffisamment sensible.
Dans cet article, l'Assistant vous expliquera comment créer un simple magnétomètre portable avec des composants communs: un capteur Hall linéaire, Arduino, affichage et bouton. Le coût total est inférieur à 5 euros et la sensibilité est de ~ 0,01 mT dans la plage de -100 à + 100 mT. C'est mieux que ce que vous attendez d'un tel appareil. Pour obtenir des lectures précises, vous devez étalonner l'instrument et l'assistant décrit également ce processus.
Outils et matériaux:
-Capteur Hall linéaire SS49E;
-Arduino Uno;
-SSD1306 - Écran OLED monochrome de 0,96 ”avec interface I2C;
-Micro bouton;
- Stylo à bille;
-3 fils toronnés minces;
- tube rétractable mince de 12 cm (1,5 mm);
-Boîte en plastique (18x46x83 mm);
-Switch;
-Batterie 9V;
-Support de batterie;
Première étape: théorie
Vous pouvez utiliser un smartphone pour mesurer le champ magnétique. Les smartphones contiennent généralement un magnétomètre à 3 axes, mais il est généralement optimisé pour un champ magnétique faible de la Terre ~ 1 Gauss = 0,1 mT. L'emplacement du capteur sur le téléphone n'est pas connu et il n'est pas possible de placer le capteur à l'intérieur de trous étroits, tels que le trou d'un électro-aimant.
L'effet Hall est un moyen courant de mesurer les champs magnétiques. Lorsque les électrons traversent un conducteur dans un champ magnétique, ils s'écartent latéralement et créent ainsi une différence de potentiel sur les côtés du conducteur. Avec le bon choix de matériau et la géométrie du semi-conducteur, un signal mesurable est obtenu, qui peut être amplifié et la mesure d'une composante du champ magnétique peut être assurée.
L'assistant utilise un capteur SS49E bon marché et largement disponible.
Voici ses caractéristiques:
• Économe en énergie
• Interface PCB pratique
• Sortie stable à faible bruit
• Plage de tension d'alimentation de 2,7 V CC à 6,5 V CC
• Sensibilité 1,4 mV / G
• Temps de réponse: 3mks
• Linéarité (% de la plage) 0,7%
• Plage de températures de fonctionnement de -40 ° C à 100 ° C
Le capteur est compact, ~ 4x3x2 mm. Mesure la composante du champ magnétique perpendiculaire à sa surface avant. Le capteur est bipolaire et possède 3 broches - Vcc Gnd Out
Deuxième étape: planche à pain
Tout d'abord, l'assistant assemble le circuit sur une planche à pain. Connecte le capteur Hall, l'affichage et le bouton: Le capteur Hall doit être connecté à + 5V, GND, A1 (de gauche à droite). L'écran doit être connecté à GND, + 5V, A5, A4 (de gauche à droite). Lorsque le bouton est enfoncé, il est nécessaire d'établir une connexion de masse à A0.
Le code a été écrit et téléchargé à l'aide de la version IDE Arduino 1.8.10. Nécessite l'installation des bibliothèques Adafruit_SSD1306 et Adafruit_GFX.
L'écran doit afficher la valeur du courant continu et la valeur du courant alternatif.
Le code peut être téléchargé ci-dessous.
Magnetometer.ino
Troisième étape: capteur
Le capteur à effet Hall est mieux installé à l'extrémité d'un tube étroit. Cette disposition est très pratique et peut être facilement placée à l'intérieur de trous étroits. Tout tube creux en matériau non magnétique fera l'affaire. Le capitaine a utilisé un vieux stylo à bille.
Vous devez préparer trois fils flexibles minces qui sont plus longs que le tube. Soudé les fils aux jambes du capteur, isolés.
Quatrième étape: construire
La batterie 9V, l'écran OLED et l'Arduino Nano s'intègrent confortablement dans une boîte Tic-Tac. L'avantage est qu'il est transparent, donc les valeurs à l'écran sont bien lues à l'intérieur. Tous les composants fixes (capteur, interrupteur et bouton) sont fixés sur le dessus afin que l'ensemble de l'unité puisse être retiré de la boîte pour remplacer la batterie ou mettre à jour le code.
Le maître n'était pas un fan de batteries 9 V, elles sont chères et ont une petite capacité. Mais le supermarché local a soudainement vendu une version rechargeable de NiMH pour 1 euro pièce. Ils peuvent être facilement rechargés s'ils sont alimentés en 11 V via une résistance de 100 Ohms pendant la nuit. Pour connecter la batterie, le maître utilise les contacts de l'ancienne batterie 9 V. La batterie 9V est compacte. De la batterie + servi sur Vin Arduino, moins sur GND. Une sortie de +5 V aura une tension réglable de 5 V pour l'affichage et pour le capteur Hall.
La sonde Hall, l'écran OLED et le bouton sont connectés de la même manière que sur la maquette. Le seul ajout est que le bouton marche / arrêt est installé entre la batterie 9V et l'Arduino.
Cinquième étape: étalonnage
La constante d'étalonnage dans le code correspond au nombre indiqué dans la description technique (1,4 mV / gauss), mais la description technique permet une large plage (1,0-1,75 mV / gauss). Pour obtenir des résultats précis, nous devons calibrer la sonde.
La façon la plus simple de créer un champ magnétique avec une force définie avec précision est d'utiliser un solénoïde.
Pour le calcul, la formule suivante est prise: B = mu0 * n * I. La constante magnétique est constante mu0 = 1.2566x10 ^ -6 T / M / A. Le champ est uniforme et ne dépend que de la densité des enroulements n et du courant I, qui peut être mesuré avec une bonne précision (~ 1%). Dans ce cas, la formule ci-dessus fonctionne si le rapport longueur / diamètre L / D> 10.
Pour fabriquer un solénoïde approprié, vous devez prendre un tuyau cylindrique creux avec L / D> 10 et enrouler l'enroulement. Le capitaine a utilisé un tube en PVC d'un diamètre extérieur de 23 mm. Le nombre de tours est de 566. La résistance est de 10 ohms.
Il alimente ensuite la bobine et mesure le courant avec un multimètre. Pour contrôler le courant, il utilise une source de tension alternative ou une résistance de charge variable. Mesure le champ magnétique pour plusieurs paramètres actuels et le compare avec les lectures.
Avant l'étalonnage, le capteur a montré 6,04 mT, alors qu'en théorie il était de 3,50 mT. Par conséquent, le maître a multiplié la constante d'étalonnage à la ligne 18 du code par 0,58. Le magnétomètre est maintenant calibré.
