Máy đo lực từ nam châm là gì: Hoạt động và ứng dụng của nó

Carl Friederich Gauss là nhà toán học vĩ đại và cũng là người tiên phong trong việc nghiên cứu từ trường. Ông đã phát minh ra một trong những thiết bị đo đầu tiên là từ kế hay máy đo lực từ nam châm vào năm 1833, có khả năng đo hướng và cường độ của từ trường. Ông cũng đã phát minh ra một hệ thống đơn vị để xác định từ tính.

Vì vậy, đơn vị hiện tại của cảm ứng từ hoặc mật độ từ thông trong hệ thống CGS được gọi là gauss trong khi đó, trong hệ thống đo SI, đơn vị cơ bản của từ thông là tesla (1 tesla = 10.000 Gauss). Bài viết này thảo luận tổng quan về máy đo lực từ nam châm và hoạt động của nó với các ứng dụng.

Máy đo lực từ nam châm là gì?

Các dụng cụ đo như máy đo lực từ nam châm chủ yếu được sử dụng để tính toán độ từ hóa của vật liệu từ tính như nam châm sắt hoặc nói cách khác là nó được sử dụng để đo hướng và cường độ của từ trường tại một điểm cụ thể trong không gian. Máy đo lực từ nam châm bao gồm đầu dò gauss, máy đo và cáp để cố định chúng. Đồng hồ này chỉ hoạt động nhờ Hiệu ứng Hall. Đồng hồ này cũng được sử dụng để đo từ trường nhỏ.

Hiệu ứng Hall là phương pháp trong đó điện trường ngang có thể được phát triển bên trong vật liệu rắn khi vật liệu đó nằm trong từ trường mang dòng điện vuông góc với từ trường. Sau đó, điện áp có thể được đo ở góc vuông với đường dẫn hiện có. Vì vậy phương pháp đo điện áp do hiệu ứng từ này được gọi là Hiệu ứng Hall.

Máy đo lực từ nam châm hoạt động như thế nào?

Phần quan trọng nhất của máy đo lực từ nam châm là đầu dò Hall. Đầu dò này phẳng và đo từ trường ngang. Một số đầu dò có dạng hình trụ hoặc trục được sử dụng đơn giản để tính toán các trường song song hướng tới đầu dò. Ví dụ; một từ trường trong một điện từ

Cả hai loại đầu dò đều có thể được sử dụng để đo từ trường, tuy nhiên, đầu dò ngang hoặc đầu dò phẳng rất quan trọng để đo từ trường trong không gian mở như các khe hở nhỏ trong nam châm đối với các vật thể sắt từ hoặc nam châm đơn giản.

Nói chung, đầu dò rất mỏng manh, đặc biệt khi chúng được sử dụng để đo từ trường nhỏ và chúng có khả năng chống chịu bằng vật liệu đồng thau để đảm bảo an toàn trước môi trường gồ ghề.

Đồng hồ gauss sử dụng đầu dò để truyền dòng điện thử nghiệm bằng dây dẫn và do Hiệu ứng Hall, điện áp có thể được tạo ra và được đồng hồ ghi lại. Khi điện áp thay đổi, đồng hồ đo sẽ dừng các số đo điện áp ở một giá trị cụ thể và ghi lại chúng sau khi phát hiện thấy giá trị điện áp cao nhất.

Máy đo lực từ nam châm Vs Từ kế

Sự khác biệt giữa máy đo gauss và từ kế bao gồm những điều sau.

Sơ đồ mạch cho máy đo lực từ nam châm

Sơ đồ mạch cho máy đo lực từ nam châm được hiển thị bên dưới. Mạch máy đo lực từ nam châm này rất đơn giản và thiết kế chi phí thấp. Chúng tôi biết rằng máy đo lực từ nam châm chủ yếu được sử dụng để đo cường độ từ trường.

Công việc thiết kế mạch này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng pin 9V, IC LM1117-5.0 (bộ điều chỉnh điện áp), công tắc bật tắt như S1, cảm biến hiệu ứng Hall SS49E như IC2, đầu nối hai chân như CON1 để kết nối DVM (vôn kế kỹ thuật số) hoặc DMM ( đồng hồ vạn năng kỹ thuật số ).

Cảm biến hiệu ứng Hall SS49E

Sơ đồ chân của cảm biến Hiệu ứng Hall SS49E được hiển thị bên dưới bao gồm ba chân.

• Chân 1 (Vdd): Đây là chân cắm nguồn điện.
• Chân 2 (GND): Đây là chân GND của IC.
• Chân 3 (Output): Đây là chân ra của IC.

Đặc tính điện

Các đặc tính điện của cảm biến Hiệu ứng Hall SS49E được hiển thị bên dưới.

• Điện áp hoạt động (Vcc) dao động từ 3,0v đến 6,5V.
• Gói IC là TO-92.
• Thời gian phản hồi là 3 µsec.
• Nguồn cung cấp hiện tại (Icc) dao động từ 4,2 đến 8,0mA.
• Dòng điện đầu ra (Iout) là 1,0 đến 1,5mA.
• Điện áp đầu ra (Tối thiểu) là 0,86V.
• Điện áp đầu ra (Max) là 4,21V.
• Điện áp o/p tĩnh là 2,25 đến 2,75V.
• Độ nhạy (ΔVout) là 1,6 đến 2,0 mV/G.

Mạch hoạt động

Khi công tắc ‘S1’ được đóng thì điện áp tại điểm kiểm tra ‘TP1’ là 5V trong khi điện áp ở TP2 chủ yếu phụ thuộc vào vị trí nam châm đối với cảm biến IC2. Ở đây để kiểm tra chỉ số đồng hồ xem có ổn định hay không trong thời lượng pin, một bộ điều chỉnh điện áp cố định được sử dụng để cung cấp nguồn điện DC ổn định cho cảm biến.

Giờ đây, cường độ trường của nam châm có thể được đo bằng cách giữ nam châm cách xa cảm biến Hiệu ứng Hall và đặt đầu dò vôn kế kỹ thuật số qua đầu nối hai chân ‘CON1’. Sau đó, di chuyển nam châm về phía cảm biến Hall và đo điện áp.

Vì vậy, bạn có thể nhận thấy hai điện áp o/p trong vôn kế kỹ thuật số dựa trên vị trí nam châm đối với cảm biến Hiệu ứng Hall. Nếu số đọc điện áp ở mức tối đa trong vôn kế kỹ thuật số thì cảm biến Hall hướng về hướng Cực Nam của nam châm. Tương tự, nếu số đọc điện áp trong DVM là tối thiểu thì cảm biến sẽ quay về hướng cực bắc của nam châm.

Cường độ của từ trường có thể được đo bằng Gauss bằng cách sử dụng mối quan hệ sau:

Mật độ từ thông (B) = 1000*(V1-V2)/k Gauss

Trường hợp điện áp o/p ‘V1’ không có nam châm gần cảm biến hall

Điện áp đầu ra ‘V2’ với nam châm gần cảm biến Hall.

‘k’ là độ nhạy điển hình của cảm biến (mV/G).

Ví dụ về máy đo lực từ nam châm:

Lưu ý rằng, ‘V1’ phải xấp xỉ 2,5V. Nếu cảm biến Hall được đặt gần Cực Nam của nam châm thì ‘V2’ sẽ tăng & giảm nếu nó được đặt gần Cực Bắc.

Ví dụ: nếu bạn đo được 2,50 Vdc trong DVM cho ‘V1’ và 1,35 Vdc cho ‘V2’, thì:

B = 1000*(V1-V2)/k Gauss

B = 1000*(2,5–1,35)/1,80 => 638 Gauss

Ở đây kết quả là dương nên xác định nam châm đang ở hướng Bắc Cực.

Tương tự, nếu bạn đo được 2,50 Vdc cho ‘V1’ và 3,50 Vdc cho ‘V2’ thì

B = 1000*(2,50 – 3,50)/1,80 => –555 Gauss

Ở đây, kết quả là âm có nghĩa là từ trường hướng về Cực Nam.

Thiết kế máy đo lực từ nam châm với cảm biến hiệu ứng Hall & Arduino

Dự án này được sử dụng để thiết kế máy đo lực từ nam châm với cảm biến Hiệu ứng Hall Arduino Uno R3 & KY-003. Đồng hồ này được sử dụng để đo cường độ cũng như độ phân cực của từ trường. Các thành phần cần thiết để thực hiện dự án này chủ yếu bao gồm;

Bo mạch Arduino UNO R3, PC, LCD 16X2, cảm biến hiệu ứng Hall KY-003, nam châm loa, bảng mạch, dây nhảy, USB loại B, chiết áp, v.v. Ba thành phần thiết yếu của dự án này chủ yếu bao gồm Cảm biến từ trường KY-003, Màn hình LCD 16×2 & Arduino UNO R3.

Cảm biến từ trường Hall như KY-003 chủ yếu bao gồm công tắc hiệu ứng Hall 3144EUA-S nhạy được sử dụng để hoạt động ở nhiệt độ cao, điện trở có 680Ω và đèn LED. Cảm biến này bao gồm ba chân GND, VCC và đầu ra kỹ thuật số.

Chân đầu tiên là chân GND được nối với chân GND của Arduino, chân giữa của cảm biến này là VCC (+5V), nối với điện áp 3.3V/5V của Arduino, chân cuối cùng ‘S’ là dữ liệu pin, được kết nối với bất kỳ chân đầu vào Kỹ thuật số nào của bo mạch Arduino.

Cảm biến này là một loại công tắc điều khiển sự tồn tại của từ trường. Bằng cách định vị nam châm gần cảm biến hội trường, đèn LED sẽ tự động bật. Phân cực từ trường có thể điều khiển hành động chuyển mạch.

Màn hình LCD bao gồm mô-đun I2C có thể được kết nối với bo mạch Arduino bằng cách sử dụng hai cáp Dữ liệu. Mô-đun này bao gồm một chiết áp sẵn có được sử dụng để điều chỉnh độ tương phản. Màn hình LCD này bao gồm 16 cột và 2 hàng.

Arduino UNO R3 bao gồm 14 chân I/O kỹ thuật số trong đó 6 chân là đầu raPWM, 6 chân là đầu vào analog, kết nối USB, tinh thể thạch anh 16 MHz, tiêu đề ICSP, giắc cắm nguồn, Bộ nhớ Flash 32k và nút đặt lại.

Màn hình LCD 16×2 bao gồm bốn chân VCC, GND, SCL & SDA. Việc kết nối các chân này có thể được thực hiện như thế này. Chân VCC của LCD nối với nguồn 5V của Arduino, chân GND của LCD nối với chân GND của Arduino, chân SCL của LCD nối với chân A4 của Arduino, chân SDA của LCD nối với Chân A5 của Arduino.

Kết nối tất cả các thành phần này trong một mạch bằng chiết áp để hiệu chỉnh từ kế. Sau khi kết nối được thực hiện, hãy tải xuống thư viện cho Arduino và LCD.

Code dự án

#include <Wire.h&gt> // Librries need to add at the primary line of the code.//
#include <LiquidCrystal_I2C.h> //include the LCD type for 16X2 LCD through 0x27 i2c backpack address //

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 2, 1, 0, 4, 5, 6, 7, 3, POSITIVE);

#define sensorPin 10 //Define the output pin of the components sensor pin to arduino//
#define calibrationPin 1

float sensorRead;
float calibrationRead;
float sensorPinVoltage;
float calibrationPinVoltage;
float gauss;

void setup() { // At this function write the command that begins serial connection. Call this method runs once after the Arduino board is powered up//
lcd.begin(16, 2);
lcd.print(“Hall effect”);
lcd.setCursor(1,1);
lcd.print(“Gauss!”);
delay (500);
}

void loop() {
sensorRead = analogRead(sensorPin);
calibrationRead = analogRead(calibrationPin);
if (sensorRead >= 1020 || sensorRead <= 3){
lcd.clear();
lcd.print (“INTENSIT”),
lcd.setCursor(1,1);
lcd.print(“Y ERROR!”);
}

else{
sensorPinVoltage = ((5 * sensorRead) / 1023);
calibrationPinVoltage = ((5 * calibrationRead) / 1023);
gauss = ((1000 * (calibrationPinVoltage – sensorPinVoltage)) / 1.3);
lcd.clear();
lcd.print (gauss, DEC),
lcd.setCursor(1,1);
lcd.print(“gauss”);
}
delay(500);
}

Cuối cùng, chúng ta có thể quan sát giá trị của máy đo lực từ nam châm hiện tại bằng cảm biến & LCD Hiệu ứng Hall KY-003.

Ưu điểm

Ưu điểm của máy đo lực từ nam châm bao gồm:

• Những mét này là di động.
• Thuận tiện để hoạt động.
• Nhạy cảm.

Nhược điểm

Những nhược điểm của máy đo lực từ nam châm bao gồm:

• Thiết bị đắt tiền.
• Giá trị đo của máy đo lực từ nam châm thay đổi tùy theo nhà sản xuất.
• Đo lường không chính xác.

Ứng dụng

Các ứng dụng của máy đo lực từ nam châm bao gồm:

• Máy đo lực từ nam châm được sử dụng để đo hướng và cường độ của từ trường nhỏ.
• Những máy đo này được sử dụng để đo từ trường không phá hủy trong loa, trong động cơ AC, động cơ DC, mạch từ và các thành phần khác như rơle, cuộn dây hoặc công tắc từ.
• Các thiết bị này cũng được sử dụng để xác định xem có bất kỳ trường điện từ trơ hoặc hoạt động nào đang ảnh hưởng đến các thiết bị điện tử chính xác hoạt động tại vị trí lắp đặt chúng hay không.
• Đây là những thiết bị đo đáng tin cậy được sử dụng để đo từ trường hiện có.

Máy đo lực từ nam châm có giống như máy đo EMF không?

Máy đo EMF được sử dụng để đo trường điện từ AC (EMF), thường được tạo ra từ các nguồn nhân tạo như dây điện trong khi máy đo lực từ nam châm đo trường DC, xuất hiện tự nhiên trong trường địa từ của Trái đất và được tạo ra từ các loại nguồn khác nơi DC có mặt.

Đọc Gauss là gì?

Việc đọc được sử dụng trong các ứng dụng trong đó cường độ trường đóng vai trò là tham số chính như ứng dụng cảm biến được gọi là đọc gauss.

Đọc Gauss cao là gì?

Gauss biểu thị số lượng đường sức từ trên mỗi cm vuông được tạo ra bởi một nam châm. Khi giá trị này cao hơn thì sẽ có nhiều vạch từ tính hơn được phát ra qua nam châm và khi đọc được giá trị cao như vậy thì nó được gọi là chỉ số gauss cao.

Máy đo lực từ nam châm phát hiện những gì?

Máy đo lực từ nam châm phát hiện cả EMF động (AC), từ trường vĩnh cửu tĩnh (DC), nếu không thì cả hai. Máy đo này hiển thị số đo sóng điện từ theo các đơn vị khác nhau như G (Gauss), mG (milliGauss), mT (milliTesla) nếu không thì µT (microTesla).

Vì vậy, đây là phần tổng quan về máy đo lực từ nam châm và hoạt động của nó với các ứng dụng. Đây là một dụng cụ đo khoa học, thường đo từ trường, nếu không thì mật độ từ thông trong phạm vi gauss hoặc G (đơn vị hệ mét), nếu không thì đo bằng tesla hoặc T (đơn vị IS hoặc đơn vị hệ thống quốc tế).

Nếu bạn cần thiết bị đo điện chính hãng, uy tín

Lidinco là công ty cung cấp các loại thiết bị do điện uy tín nhập khẩu trực tiếp với giá cạnh tranh. Các sản phẩm đều được bảo hành theo chính sách hãng, tư vấn kỹ thuật tận tình.

Ngoài ra, Lidinco còn cung cấp các loại thiết bị phân tích, đo lường viễn thông, vật tư nhà máy, công nghiệp, thiết bị giáo dục, thiết bị SMT và các loại thiết bị chuyên dụng khác.

Công Ty TNHH Đầu Tư Phát Triển Cuộc Sống
Địa chỉ: 487 Cộng Hòa, Phường 15, Quận Tân Bình, TPHCM, Việt Nam
Điện thoại: 028 3977 8269 / 028 3601 6797
Di động: 0906 988 447
Email: sales@lidinco.com

Xem thêm: Rơle chống quá tải là gì: Các loại và ứng dụng của nó