Макеев Леонид Александрович. Простой цифровой тесламетр

Простой цифровой тесламетр - приставка.

Сделай сам, своими руками

Проще уже не получается.

Разве что без батарейки.

Тесламетр - измеритель напряжённости магнитного поля - весьма специфический прибор. В радиолюбительской практике измерения магнитного поля нужно бывает не часто, но заменить тесламетр просто нечем. А стОят они ох не дёшево.

Предлагаемый тесламетр позволяет измерять магнитное поле любых ныне существующих постоянных магнитов и магнитных сплавов. (феррит-бариевые, Альнико, самарий-кобальт, неодимовые)

Будет полезен всем, кто так или иначе пользуется магнитами, например в лечебных целях (магнитолазерная и магнитотерапия), омагничивание воды и прочие подобные штучки.

Назначение: измерение напряжённости постоянного магнитного поля в мТл.

Технические параметры

Диапазон измерения: от 0 до +/- 2000 мТл, дискретность - 1 мТл

Напряжение питания: 6 - 15в ("Крона")

Потребляемый ток: 2 ма (100 час. от Кроны)

Погрешность (сразу, без калибровки): не более 10 %

Индикация: цифровой мультиметр с пределом 200,0 мв

Контроль напряжения питания (от Кроны)

Принцип работы. Можно не читать.

Практически все тесламетры устроены следующим образом. Датчик Холла выдаёт очень слабый сигнал, это напряжение УСИЛИВАЮТ, а затем подают на индикатор. Я пошёл другим путём. Поскольку имеем очень чувствительный индикатор - стандартный цифровой мультиметр (200,0 мв), а так же датчик ДХК-05А с чувствительностью 0,28 мв \ мТл, усилитель нам не нужен. Наоборот, нам надо ослабить сигнал для правильной состыковки датчика с индикатором. Простейшей арифметикой считаем, и уменьшаем рабочий ток датчика (паспортный 3 ма) в 2,8 раза, до 1,07 ма. Одновременно уменьшается его чувствительность до 0,1 мв / мТл, при этом сохраняется линейность показаний датчика и другие параметры. Всё, тесламетр готов. Проверено промышленным тесламетром, погрешность в указанных пределах.

0x01 graphic

Рис. 1. Схема на стабилизаторе напряжения.

Основой схемы служит отечественный датчик Холла ДХК - 05А.

При стабилизированном питающем токе 3 ма паспортная чувствительность датчика 0,28 мв/мТл. (280 мв/Тл)

Ток через ДКХ должен быть 1,07 ма, при этом чувствительность датчика снижается до 0,1 мв / мТл, но с учётом тока через переменник 50к ток стабилизатора устанавливаем 1,11ма. Подстроечным резистором 5к устанавливаем ток датчика 1,11 ма (на пределе 20 ма), В последующем можно заменить подстроечник подходящим постоянным резистором. Всё, предварительная настройка без калибровки ( +/- 10% ) закончена.

Можно сделать ещё проще. Меряем сопротивление датчика между токовыми выводами (+/- I) и по закону Ома рассчитываем сопротивление добавочного резистора, чтобы ток в цепи датчика был 1,07 ма при питании 5в. И всё.

Такая предварительная настройка необходима с каждым датчиком отдельно, так как у них приличный разброс по сопротивлению: 1,8 - 3к. При необходимости более точной калибровки, её производят тем же подстроечником 5к.

Подстроечник предпочтительно многооборотный типа СП5-2 или импортный аналог. Но в принципе можно любой.

"Установка нуля" - миниатюрный переменный резистор 2,2к (или 4,7к, не помню). Выведен на переднюю панель. Служит для уст. нуля при смене датчиков или температурном смещении.

Если устраивает начальное смещение нуля на несколько мТл, схему установки нуля можно вообще не делать (цепь резисторов 1М, 100к, 2,2к) Тогда начальное смещение в зависимости от полярности либо складывают, либо вычитают из показаний мультиметра. На самом деле это всё очень просто. В нашей схеме начальное смещение будет не более +/- 2,5мв (25 мТл). Реально ещё меньше.

Основная проблема в самопальных тесламетрах, это калибровка. Здесь погрешность без калибровки +/- 10%. Плюс - прямой отсчет в цифровом мультиметре, без всяких формул. Ну, типа можно сразу мерить, не ошибёшься: включил и пошёл.

Для несложных измерений переменного поля и просмотра его формы, вместо мультиметра (или параллельно ему) можно подключить осциллограф. Но сигнал слабенький, у осцилла должна быть хорошая чувствительность.

В указанном диапазоне до 2000 мТл, датчик имеет линейную зависимость выходного напряжения от напряжённости м-поля.

Ориентировочно

Неодимовый магнит, кубик 1х1х1 см даёт на поверхности около 650 мТл по эталонному тесламетру. Но эти магнитики тоже разные бывают.

LM 2931 - линейный стабилизатор напряжения на 5в с малым падением напряжения (0,5в), корпус ТО-92.

Контроль батареи Крона:

Кн - любая малогабаритная кнопка без фиксации

Д 1 - светодиод КРАСНЫЙ, 3 мм.

Д 2 - стабилитрон маломощный BZX55C 4V7

При снижении питания до 6в светодиод перестает светиться, пора менять батарейку.

При работе от блока питания контроль батареи можно не делать. Его вообще можно не делать, как пожелаете. НО, при снижении напр. питания ниже 6-ти вольт, тесламетр начинает врать, занижать показания.

Хорошо подходит пластиковый корпус G909G (B), 105 х 75 х 26 мм, с батарейным отсеком.

ВНИМАНИЕ!

В целях уменьшения тока потребления индикация включения (она же контроль батареи) включается отдельной кнопкой. Будьте внимательны, не забывайте выключать приставку после измерения. Если ток потребления по-фиг, кнопку можно вообще не ставить, индикация будет включена всегда, но приставка будет жрать 5ма вместо 2-х.

0x01 graphic

Рис. 2. Цоколёвка датчика ДХК - 05А

Перепутывание полярности питающего напряжения (тока) не ведёт к порче датчика, просто полярность выходного напряжения тоже поменяется. На цоколёвку можно вообще наплевать, она нужна только для правильного измерения полярности М-поля. Для этого достаточно перекинуть местами выводы U.

В настоящее время в продаже множество импортных датчиков Холла со встроенными усилителями, поэтому диапазон измерений у них небольшой, несколько десятков миллитесл. Это так называемые "интегральные датчики Холла".

ДХК - 05А - устаревшая модель датчика Холла в чистом виде, без электроники, зато большой диапазон измерений. Применялся в стабилизаторе скорости вращения ведущего двигателя в кассетных магнитофонах "Вега МП - 120 (122)".

Собственно ДХК- 05 - не интегральный датчик Холла, как мы его понимаем. Это не электронный, а физический прибор - первичный преобразователь магнитного поля в электрическую величину. У него внутри только тонкая кремниевая плёнка на керамической подложке и больше там ни хрена нет.

Датчик прост для подключения и дёшев (30-50 руб.), но с приличным температурным дрейфом и начальным смещением "нуля".

Датчик крепится на выносной щуп длиной 15 см. Ориентация датчика на конце щупа может быть аксиальная (торцевая) или радиальная (боковая), решайте, как вам удобнее. Рекомендую покупать сразу 2 или более, сделаете датчики с разной ориентацией. Для подключения можно взять тонкий провод USB, там как раз 4 жилки и экран.

Сопротивление между токовыми выводами (+/- I) приблизительно 2,2к. Между выходными, измерительными (+/- U) чуть больше, около 2,4к. Между отдельными экземплярами заметный разброс (1,8 - 3к), что определяет начальную погрешность при смене датчиков. В сменных датчиках подобранное добавочное сопротивление можно располагать прямо на щупе, возле датчика. Для уменьшения погрешности надо калибровать по эталонному тесламетру, по эталонным магнитам (можно от магнитолазеров) или другим способом.

Ну, вроде ни чё не забыл. Вспомню - допишу. : -)

2017 г., Екатеринбург

P.S.

Вспомнил, дописываю.

0x01 graphic

Рис. 3 Схема со стабилизацией тока датчиков.

LM 317 - регулируемый стабилизатор напряжения с минимальным напр. 1,25в, в корпусе ТО-92. Включен по схеме стабилизатора тока.

При смене датчиков ДХК- 05А с разным сопротивлением, ток (и чувствительность) остаётся неизменным. Ток через ДКХ должен быть 1,07 ма, но с учётом тока через переменник 50к ток стабилизатора устанавливаем 1,11ма. Этот ток устанавливается подстроечником 2,2к один раз, потом можно подобрать постоянный. А можно и подстроечник оставить.

Проверить работу стабилизатора тока очень просто. Достаточно закоротить выход стабилизатора на землю через тот же миллиамперметр. Значение тока (1,07 ма) не должно измениться.

Остальные детали и параметры те же, что на предыдущей схеме.

Обе представленные схемы примерно одинаковы, какая лучше сказать трудно - обе простенькие. Но мне кажется вторая (со стабилизацией тока) предпочтительней. ИМХО. В этой схеме температурный дрейф датчика в 6 раз меньше, чем в первой схеме: 0,04 % / градус.

P.P.S.

Некоторые самодельщики используют в самопальных магнитомертах датчики Холла из старых приводов флоппи-диска в корпусе SO- 4. У них совсем другие параметры.

При рабочем токе 1 ма, довольно высокая чувствительность - 1 мв / мТл. Но есть очень неприятный эффект. Для повышения чувствительности кремневая пластина датчика находится на ферромагнитной подложке, возможна нелинейность показаний, а при напряжённости м-поля выше 100-150 мТл подложка входит в насыщение и датчик начинает занижать показания в разы. Эти датчики не подходят для измерительных приборов, только для показометров или школьных демонстраций.

К тому же эти датчики легко сгорают при подключении к источнику питания без ограничения тока добавочным сопротивлением.

------------------------------------

ПРИЛОЖЕНИЕ

А это вам на зависть.

Сделал себе полноценный тесламетр. Ну, не покупать же за штуку баксов.

Сразу предупреждаю: схема сложная, прибор дался трудно. Но я доволен.

0x01 graphic

Технические данные.

Режимы измерений - постоянное магн. поле, переменное 0 - 20 кГц, импульсное (все режимы с памятью)

Пределы измерений

С датчиком N 1 : 0 - 20 мТл, дискретность 0,01 мТл (на микросхеме SS 495A)

С датчиком N 2 : 0 - 2000 мТл, дискретность 1 мТл (на датчике Холла ДХК - 05А)

Погрешность: не более +/- 5% на всех пределах

Набор датчиков: аксиальных (осевых) 2 шт., радиальных (боковых) 2 шт.

Датчики с проводами и разъёмами USB, щупы датчиков 150 мм

Индикатор - цифровой мультиметр DT-103 на пределе 2000 мв

Выход на осциллограф - калиброванный:

С датчиком N 1 : 20мТл = 2в

С датчиком N 2 : 2Тл = 2в,

Питание - 220в

Потр. мощность - 4 вт

Корпус: стандартная импортная коробка 120х120х60 мм из противоударного поликарбоната ABS, модель вроде G 278. Блин, надо было брать побольше, еле впихал.

Вес - 450 гр.

Комментарии: 11, последний от 13/01/2020. © Copyright Макеев Леонид Александрович (dyplodoc@gmail.com) Размещен: 31/08/2017, изменен: 06/08/2023. 13k. Статистика. Статья: Естествознание, Изобретательство Полезные самоделки для здоровья, быта, досуга Иллюстрации/приложения: 7 шт. Скачать FB2		Оценка: *8.1314** Ваша оценка:
Аннотация: Проще уже не получается. Разве что без батарейки.

Макеев Леонид Александрович : другие произведения.

Простой цифровой тесламетр - приставка