Тесламетр своими руками схема

Собираем переносной магнитометр

Перевод статьи с сайта обучающих материалов Instructables

8d7460a59fdaf80b0762c78817b8b772

Магнитометр, который иногда ещё называют гауссометром, измеряет силу магнитного поля [в данном случае магнитную индукцию / прим. перев.]. Это прибор, необходимый при измерении силы постоянных магнитов и электромагнитов, а также для установления формы поля нетривиальных комбинаций из магнитов. Он достаточно чувствительный для того, чтобы определить намагниченность металлических предметов. В случае, если зонд будет работать достаточно быстро, он сможет определять изменяющиеся во времени поля от моторов и трансформаторов.

Шаг 1: датчик Холла

Эффект Холла часто применяется для измерения магнитных полей. Когда электроны проходят через проводник, помещённый в магнитное поле, их относит в сторону, в результате чего в проводнике появляется поперечная разность потенциалов. Правильно выбрав материал и геометрию полупроводника, можно получить измеряемый сигнал, который затем можно будет усилить и выдать измерение одной компоненты магнитного поля.

Я использую SS49E, поскольку он дешёвый и доступный. Что стоит отметить из его документации:

Шаг 2: Требуемые материалы

Шаг 3: Первая версия – с использованием доски для прототипирования

3d1b9e060c37f24ba82f85358912c3e3

49873e346880c76c4f3fcb14e876a904

Сначала всегда собирайте прототип, чтобы проверить работу всех компонентов и софта! Подключение видно на картинке: датчик Холла соединяется с контактами Arduino +5V, GND, A1 (слева направо). Дисплей соединяется с GND, +5V, A5, A4 (слева направо). Кнопка при нажатии должна замыкать землю и A0.

Код написан в Arduino IDE v. 1.8.10. Требуется установка библиотек Adafruit_SSD1306 и Adafruit_GFX.

Если всё сделано правильно, то дисплей должен выдавать значения DC и AC.

Шаг 4: Немного о коде

Если вам неинтересен код, эту часть можно пропустить.

Ключевая особенность кода состоит в том, что магнитное поле измеряется 2000 раз подряд. На это уходит 0,2 – 0,3 сек. Отслеживая сумму и квадрат суммы измерений, можно вычислять среднее и стандартное отклонения, которые выдаются как DC и AC. Усредняя по большому количеству измерений мы увеличиваем точность, теоретически на √2000 ≈ 45. Получается, что используя 10-битное АЦП, мы получаем точность 15-битного АЦП! И это имеет значение: 1 шаг АЦП – 4 мВ, то есть,

0,3 мТл. Благодаря усреднению, мы уменьшаем ошибку от 0,3 мТл до 0,01 мТл.

В качестве бонуса мы получаем стандартное отклонение, определяя таким образом изменяющееся поле. Поле, колеблющееся с частотой 50 Гц проходит порядка 10 циклов за время измерения, поэтому можно измерить величину AC.

У меня после компиляции получилась следующая статистика: Sketch uses 16852 bytes (54%) of program storage space. Maximum is 30720 bytes. Global variables use 352 bytes (17%) of dynamic memory, leaving 1696 bytes for local variables. Maximum is 2048 bytes.

Большую часть места занимают библиотеки Adafruit, однако ещё полно места для добавления функциональности.

Шаг 5: Готовим зонд

d19008e3f9fcfabf97268bf58a70fecc

da6d482e7cfadc535b0492dc4c65afa8

Зонд лучше всего закреплять на конце узкой трубки: так его просто будет помещать и удерживать в узких местах. Подойдёт любая трубка из немагнитного материала. Мне идеально подошла старая шариковая ручка.

Подготовьте три тонких гибких провода чуть длиннее трубки. В моём кабеле логики в цветах проводов нет (оранжевый +5 В, красный 0 В, серый – сигнал), просто так мне их проще запомнить.

Чтобы использовать зонд с прототипом, припаяйте кусочки проводов на конец кабеля и заизолируйте их термоусадкой. Позже их можно отрезать и припаять провода прямо к Arduino.

Шаг 6: Собираем переносной прибор

9769942b113cbb832959d4425ab17ab0

Батарейка на 9В, OLED-экран и Arduino Nano с комфортом умещаются внутри большой коробки Tic-Tac. Её преимущество в прозрачности – экран легко читается, даже находясь внутри. Все фиксированные компоненты (зонд, выключатель и кнопка) ставятся на крышку, чтобы всё можно было вынимать из коробки для замены батареи или обновления кода.

Я никогда не любил батарейки на 9В – у них высокая цена и малая ёмкость. Но в моём супермаркете внезапно стали продавать их перезаряжаемую версию NiMH по €1, и я обнаружил, что их легко зарядить, если подать 11 В через резистор на 100 Ом и оставить на ночь. Я заказал себе дешёвые разъёмы для батареек, но мне их так и не прислали, поэтому я разобрал старую батарейку на 9 В, чтобы сделать из неё коннектор. Плюс батарейки на 9В в её компактности, и в том, что на ней хорошо работает Arduino при подключении её к Vin. На +5 В будет регулируемое напряжение в 5 В, которое понадобится для OLED и датчика Холла.

Датчик Холла, экран и кнопка подсоединяются так же, как было на прототипе. Добавляется только кнопка выключения, между батарейкой и Arduino.

Шаг 7: Калибровка

4f6b072d66483eb1c2c9258c8cf06bf2

30aba4f6c0895616babf2d4798a18ab0

dc60c8834df02e6bd2cfb15d2ec3cc7b

Калибровочная константа в коде соответствует числу, прописанному в документации (1,4 мВ/Гс), однако в документации разрешён диапазон этого значения (1.0-1.75 мВ/Гс). Чтобы получать точные результаты, нужно откалибровать зонд.

Чтобы собрать подходящий соленоид, возьмите полую цилиндрическую трубу, длина которой в 10 раз больше диаметра, и сделайте намотку из изолированного провода. Я использовал ПВХ-трубку с внешним диаметром 23 мм и сделал 566 витков, протянувшихся на 20,2 см, что даёт нам n = 28/см = 2800 / м. Длина провода 42 м, сопротивление – 10 Ом.

Подайте питание на катушку и измерьте ток мультиметром. Используйте либо регулируемый источник тока, либо переменный резистор, чтобы управлять током. Измерьте магнитное поле для разных значений тока и сравните показания.

Перед калибровкой я получил 6,04 мТл/A, хотя по теории должно было быть 3,50 мТл/A. Поэтому я умножил константу калибровки в 18-й строчке кода на 0,58. Готово – магнитометр откалиброван!

Источник

Портативный магнитометр

1579270388 1 1

Магнитометр, иногда называемый также гауссметром, измеряет силу магнитного поля. Это важный инструмент для проверки постоянных магнитов и электромагнитов и для понимания формы поля конфигураций нестандартных магнитов. При достаточной чувствительности, он также может обнаружить, намагниченные железные объекты. Изменяющиеся во времени поля от двигателей и трансформаторов могут быть обнаружены, если зонд достаточно чувствительный.

В этой статье мастер-самодельщик расскажет, как сделать простой портативный магнитометр с общими компонентами: линейным датчиком Холла, Arduino, дисплеем и кнопкой. Общая стоимость составляет менее 5 евро, а чувствительность

1 Гаусс = 0,1 мТл. Расположение сенсора на телефоне не известно, и невозможно разместить сенсор внутри узких отверстий, таких как отверстие электромагнита.

Эффект Холла является распространенным способом измерения магнитных полей. Когда электроны протекают через проводник в магнитном поле, они отклоняются вбок и, таким образом, создают разность потенциалов на сторонах проводника. При правильном выборе материала и геометрии полупроводника получается измеримый сигнал, который можно усилить и обеспечить измерение одного компонента магнитного поля.

Мастер использует дешевый и широкодоступный датчик SS49E.

Шаг второй: макетная плата
Сначала мастер собирает схему на макетной плате. Подключает датчик Холла, дисплей и кнопку: датчик Холла должен быть подключен к + 5В, GND, A1 (слева направо). Дисплей должен быть подключен к GND, + 5V, A5, A4 (слева направо). При нажатии кнопки необходимо установить соединение с землей на A0.

1579270450 1 2

1579270360 1 3

1579270383 1 4

1579270442 1 5

Мастер не был поклонником 9 В аккумуляторов, они дорогие и имеют небольшую емкость. Но местный супермаркет внезапно продал перезаряжаемую версию NiMH по 1 евро каждая. Их можно легко зарядить, если подать на них питание 11 В через резистор 100 Ом в течении ночи. Для подключения батареи мастер использует контакты от старой 9 В батареи. 9 В батарея компактна. От батареи + подается на Vin Arduino, минус на GND. На выходе +5 В будет иметься регулируемое напряжение 5 В для дисплея и для датчика Холла.

1579270431 1 6

Шаг пятый: калибровка
Калибровочная константа в коде соответствует числу, указанному в техническом описании (1,4 мВ / гаусс), но техническое описание допускает большой диапазон (1,0-1,75 мВ / гаусс). Чтобы получить точные результаты, нам нужно откалибровать зонд.

1%). Приведенная формула в данном случае работает если отношение длины к диаметру L / D> 10.

Далее подает питание на катушку и измеряет ток с помощью мультиметра. Для контроля тока использует источник переменного напряжения или резистор переменной нагрузки. Измеряет магнитное поле для нескольких текущих настроек и сравнивает его с показаниями.

До калибровки датчик показывал 6,04 мТл, в то время как по теории 3,50 мТл. Поэтому мастер умножил калибровочную константу в строке 18 кода на 0,58. Магнитометр теперь откалиброван.

Источник

Все о тесламетрах

vse o teslametrah

Тесламетр (или гауссметр) – это прибор, предназначенный для измерения величины магнитной индукции. Такое устройство является одной из разновидностей магнитометра. О нем и пойдет речь в этой статье.

vse o teslametrah 1

vse o teslametrah 2

Особенности

Тесламетры используются для измерения различных параметров:

Также следует отметить, что тесламетры (большинство моделей) способны измерять как постоянное магнитное поле, так и поле переменного характера.

vse o teslametrah 3

vse o teslametrah 4

Приборы подразделяются на аналоговые и цифровые варианты.

По способу измерения различаются индукционные, феррозондовые и приборы с датчиками Холла. Индукционные тесламетры состоят из электромагнитной катушки, измерителя, элемента питания и экрана, на который выводятся показания зондов. В основном используются для измерения характеристик постоянных электромагнитных полей.

vse o teslametrah 5

vse o teslametrah 6

Основой прибора третьего типа является датчик Холла – именно он служит главным измерительным элементом, показания которого выводятся на дисплей. Схема такого устройства очень проста – она состоит из самого датчика, элемента питания (чаще всего батарейки 9В) и экрана. Такой тип устройств наиболее распространен на сегодняшнем рынке. Они удобны еще и тем, что в случае необходимости можно легко заменить зонды. Также можно отметить, что такие приборы часто используются для измерения среды труднодоступных мест.

По размерам все устройства можно разделить на портативные и стационарные. Стационарные варианты обычно используются для лабораторных исследований и на крупных производствах, где необходим постоянный контроль над характеристиками магнитного поля. Первый тип – для любых кратковременных измерений.

vse o teslametrah 7

vse o teslametrah 8

Модельный ряд

На рынке довольно много портативных моделей от различных производителей. Ниже представлены наиболее популярные устройства. Для удобства их технические характеристики приведены в таблице.

Источник

Тесламетр своими руками схема

Цифровой тесламетр с датчиком Холла типа
ПХЭ для измерения индукции магнитного поля

T 40 01

Назначение

Цифровой тесламетр предназначен для оперативного измерения и контроля величины индукции постоянного или переменного низкочастотного магнитного поля с помощью датчика Холла типа ПХЭ606118В [2]. Он может использоваться при измерении характеристик магнитных материалов, при разработке и ремонте магнитных систем и устройств с постоянными магнитами, для построения различных измерительных установок и комплексов [3]. При использовании внешнего прибора (осциллографа или пикового вольтметра) может применяться для контроля величины амплитуды магнитной индукции в установках импульсного намагничивания и размагничивания [4].

Условия эксплуатации:

Технические данные:

Устройство тесламетра

Электрическая принципиальная схема цифрового тесламетра с датчиком Холла типа ПХЭ приведена на рис. 1.

Рис. 1. Электрическая принципиальная схема цифрового тесламетра с датчиком Холла типа ПХЭ.

Принцип работы тесламетра основан на измерении ЭДС Холла, возникающей при наличии магнитного поля в зоне датчика при питании последнего постоянным током.

Прибор состоит из следующих основных узлов: источник тока и измерительный усилитель со стабилизаторами напряжения, детектор, цифровой вольтметр с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и светодиодным индикатором, щуп с датчиком Холла. Питание прибора осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В частотой 50 Гц через защитный предохранитель FU1 и сетевой выключатель S1. Трансформатор T1 понижает сетевое напряжение до необходимого уровня. Со вторичной обмотки сетевого трансформатора T1 переменное напряжение подается на плату источника тока и измерительного усилителя, где с помощью выпрямителя, фильтров и стабилизаторов вырабатываются необходимые для питания электронных узлов прибора постоянные напряжения.

Для питания датчика Холла используется стабилизатор тока величиной 100 мА. Щуп с датчиком Холла подключается через разъем XS1 «ДАТЧИК ХОЛЛА». Измерительный усилитель усиливает полезный сигнал датчика Холла до уровня 1 вольт/тесла. С выхода измерительного усилителя, в зависимости от разновидности измеряемого магнитного поля (постоянное или переменное) сигнал через переключатель S2 подается на вход вольтметра напрямую или через детектор. Кроме того, этот сигнал выводится на внешний разъем XS2 «ВЫХОД 1 В/ТЛ», чтобы обеспечить возможность совместной работы тесламетра с другими измерительными приборами или оборудованием.

Детектор собран по схеме двухполупериодного выпрямителя с фильтром нижних частот. Вольтметр состоит из аналого-цифрового преобразователя (АЦП) со светодиодным семисегментным индикатором [1].

Тесламетр выполнен в виде переносного прибора. Датчик Холла монтируется в щупе С- или М-типа с разборной или неразборной рукояткой, к которой крепится кабель для подключения датчика к прибору. На рукоятке щупа имеется маркировка в виде знака «+» или стрелы, позволяющая определять направление магнитного поля.

На рис. 2 и 3 показан вид тесламетра спереди и сзади, соответственно.

T 40 02

Рис. 2. Цифровой тесламетр с датчиком Холла типа ПХЭ (вид спереди).

T 40 03

Рис. 3. Цифровой тесламетр с датчиком Холла типа ПХЭ (вид сзади).

Желающие приобрести или самостоятельно изготовить цифровой тесламетр с датчиком Холла типа ПХЭ могут обратиться за дополнительной информацией к автору (см. раздел Контактная информация ).

Ссылки:

Источник

Миллиомметр с ЖК-индикатором на Arduino своими руками

MCP3422 LT3092 ULN2003

У каждого радиолюбителя, инженера, разработчика есть различного рода измерительные приборы. Это могут быть как сложные многофункциональные приборы промышленного изготовления, так и простые вольтметры, амперметры, измерители емкости аккумуляторов, омметры, измерители ESR, которые собраны своими руками. Об одном из таких приборов, который пригодиться любому радиолюбителю, пойдет речь в статье (Рисунок 1).

Миллиомметер – прибор, использующийся для измерения малых сопротивлений резисторов, проводников на печатной плате, обмоток двигателя, катушек индуктивности, обмоток трансформатора, а также может использоваться для расчета длины проводов. Он имеет высокое разрешение, несвойственное обычным мультиметрам, что позволяет получать точные данные измерений в диапазоне миллиом.

Milliohmmeter fig 1
Рисунок 1. Миллиомметр с ЖК-индикатором на Arduino.

В сети Интернет можно встретить много подобных конструкций, но в статье мы рассмотрим версию прибора, которая отличается реализацией аппаратной части. В миллиомметре используется прецизионный приемник тока и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) высокого разрешения. Управление приемником тока (для выбора диапазона измерений) и АЦП осуществляет микроконтроллер (МК) на плате Arduino Nano (Рисунок 2). Полный список компонентов, примененных в приборе, приведен в Таблице 1 ниже.

Milliohmmeter fig 3
Рисунок 2. Принципиальная схема миллиомметра на Arduino.

Микросхема LT3092 представляет собой интегральный прецизионный источник тока, но в данной конструкции используется в режиме приемника тока (или источника втекающего тока). Для управления приемником тока использованы цепи на транзисторах T1, T2, T3 и резисторах R12, R13, R14. Управление транзисторами (выбор диапазона измерения) выполняет МК через микросхему ULN2003 (набор мощных составных ключей).

В качестве АЦП используется микросхема MCP3422A0. Это 18-разрядный двухканальный АЦП последовательного приближения со встроенным источником опорного напряжения и выходным интерфейсом I 2 C. Входные каналы АЦП являются дифференциальными, поэтому в приборе используется только один канал микросхемы (CH1+ и CH1-), который подключается к тестируемому резистору (сигналы S+ и S-). АЦП настроен на разрешение 18 бит, но, поскольку S+ всегда больше чем S-, эффективное разрешение будет 17 бит.

Чтобы уменьшить влияние сопротивления измерительных проводов (щупов) на результаты измерений, в приборе для подключения исследуемого резистора к точке измерения используются специальные тестовые зажимы Кельвина (Рисунок 3). Это 4-проводные щупы предназначенные для измерения сопротивления методом Кельвина.

Milliohmmeter fig 2
Рисунок 3. Специализированные тестовые щупы Кельвина.

Прибор имеет три диапазона измерений:

Выбор диапазона измерения производится одной из двух кнопок в приборе. Результаты измерений и текущий диапазон измерения отображаются на двухстрочном ЖК индикаторе (стандартный ЖК индикатор 16×2).

Питается прибор от внешнего блока 12 В. Питание измерительных цепей, приемника тока, АЦП, ЖК индикатора осуществляется от встроенного на плату Arduino Nano регулятора напряжения 5 В.

Из-за сложности проекта не рекомендуется выполнять монтаж элементов на монтажной плате, это отнимет много времени и не исключит ошибки. Для прибора была разработана печатная плата в САПР Eagle. Внешний вид проекта печатной платы изображен на Рисунке 4. Схема и проект печатной платы доступны для скачивания в разделе загрузок. Вид готовой платы представлен на Рисунке 5. Как можно заметить (по печатной плате и по списку примененных компонентов), большинство элементов в корпусах для поверхностного монтажа, поэтому для их установки потребуется пинцет, паяльный фен или паяльник с тонким жалом.

Milliohmmeter fig 4
Рисунок 4. Проект печатной платы для миллиомметра разработан в САПР Eagle.
Milliohmmeter fig 5
Рисунок 5. Внешний вид готовой печатной платы миллиомметра на Arduino.
Таблица 1. Список примененных компонентов.
Обозначение в схеме Количество Описание, корпус
C1, C2, C3, C4 4 100 нФ, 50 В, SMD 0603, X5R
R1, R2, R5, R6, R7, R8,
R9, R16, R17
9 4.7 кОм, 5%, SMD 0603
R3, R4, R18, R19, R20 5 470 Ом, 5%, SMD 0603
R10 1 30.9 кОм, 0.1%, SMD 0603
R11 1 31.6 кОм, 0.1%, SMD 0603
R12 1 1 Ом, 0.5%, SMD 1206
R13 1 10 Ом, 0.1%, SMD 0603
R14 1 100 Ом, 0.1%, SMD 0604
R15 1 Самовосстанавливающийся предохранитель,
250 мА, SMD 1206
D1 1 Защитный диод, SMBJ12CA-13-F
D2 1 Диод Шоттки, B340LB-13-F
D3, D4 2 MMBZ10VAL, SMD SOT23
IC1 1 Arduino Nano
IC2 1 MCP3422A0, SMD SOIC8
IC3 1 ULN2003APWR, SMD TSSOP16
IC4 1 LT3092EST
T1 1 PSMN0R9-25YLC, SMD LFPAK
T2, T3 2 PMV20EN, SMD SOT23
J1, J2, J4 3 2—выводные угловые разъемы на плату
J3, J5 2 4-выводные угловые разъемы на плату

Корпус

Чтобы прибор имел презентабельный вид, для него был разработан алюминиевый корпус. Необходимые файлы проекта (Inkscape), шаблоны и трафареты также доступны в разделе загрузок.

На передней панели прибора расположены кнопки управления (выбор диапазона измерения, удержание показаний), разъемы для подключения тестовых щупов и ЖК-индикатор. Внешний вид передней панели прибора и расположение на ней кнопок, разъемов и индикатора изображено на Рисунке 6.

Milliohmmeter fig 6 a
Milliohmmeter fig 6 b
Milliohmmeter fig 6 c
Рисунок 6. Вариант передней панели и корпуса миллиомметра.

Подключение ЖК-индикатора, разъемов и кнопок указано на Рисунке 7. На рисунке отмечено: 1 – печатная плата прибора, 2 – разъем внешнего питания, 3 – ЖК-индикатор, 4 –разъемы для тестовых щупов Кельвина, 5 –кнопки управления.

Milliohmmeter fig 7
Рисунок 7. Подключение кнопок управления, ЖК индикатора, тестовых щупов к разъемам на
печатной плате миллиомметра.

Программная реализация

Алгоритм работы прибора и сам код довольно сложны. Необходимо установить диапазон измерения, управляя входами ULN2003 (выходы Arduino D10, D11, D12), который вместе с режимом работы (определяется состоянием кнопок) учитывается в дальнейшем. Затем выполняется считывание АЦП для расчета сопротивления и отображение значения на индикаторе.

С целью упрощения программного кода в скетче было использовано несколько библиотек, в том числе Wire.h, LiquidCrystal_I2C и библиотека для работы с EEPROM. Библиотека Wire используется для облегчения процесса обмена данными по шине I 2 C между Arduino, ЖК индикатором и АЦП. Частота тактового сигнала шины I 2 C выбрана 400 кГц. Библиотека LiquidCrystal_I2C (не предустановленная в Arduino IDE) помогает взаимодействовать с ЖК-индикатором, а библиотека EEPROM используется для доступа к энергонезависимой памяти МК, обеспечивая хранение информации о режиме работы и диапазоне измерения.

Библиотеки Wire и EEPROM предуставновлены в среде Arduino IDE, библиотеку LiquidCrystal_I2C можно установить с помощью менеджера билиотек.

Исходный код довольно громоздкий, но снабжен подробными комментариями. Тем не менее, стоит пояснить, что работа с измерительным узлом, АЦП и индикатором в исходном коде строится на основе определений, макросов и функций. Поэтому основные функции setup() и loop() содержат очень мало строк кода. Скетч доступен для скачивания в разделе загрузок.

После компиляции скетча в Arduino IDE загрузите его в плату, и, если все правильно собрано, прибор запустится (Рисунок 8).

Milliohmmeter fig 8
Рисунок 8. Работа миллиомметра, если к измерительным щупам ничего не подключено.

Если подключить к измерительным щупам резистор с сопротивлением миллиомного диапазона, то на индикаторе вы увидете значение сопротивления (Рисунок 9).

Milliohmmeter fig 9
Рисунок 9. К измерительным щупам миллиомметра подключен тестовый резистор.

Ниже вы можете посмотреть видео о работе миллиомметра.

Источник

Поделиться с друзьями
admin
Здоровая спина
Adblock
detector