Измерители магнитного поля различных марок и моделей, широко известные как «гауссметры», предлагаются на рынке по ценам, которые делают их недоступными для многих любителей и инженеров. В предложенном в этой статье решении для измерения магнитной индукции и, в свою очередь, напряженности магнитного поля, используется общедоступный цифровой мультиметр и один полупроводниковый компонент.
На Рисунке 1 показано измерительное оборудование, состоящее из зонда, батарейного блока и цифрового мультиметра. Активный элемент зонда состоит из линейного датчика Холла. Хотя в этом приложении будут работать практически все линейные датчики Холла, в данной версии используется датчик A1323 компании Allegro MicroSystems, выдающий напряжение, пропорциональное приложенному магнитному полю. A1323 работает от источника питания 4.5…5.5 В и в состоянии покоя (при нулевом магнитном поле) выдает на выходе напряжение, которое составляет 50% от напряжения питания. Имея номинальную чувствительность 2.5 мВ/Гс, микросхема A1323 при напряжении питания 4.5 В обеспечивает полный диапазон измерений 1800 Гс (4.5 В/2.5 мВ/Гс = 1800 Гс).
 | |
| Рисунок 1. | Цифровой мультиметр и датчик Холла образуют простой в сборке измеритель магнитного поля. |
Воздействие магнитного поля, ориентированного к югу от поверхности датчика, увеличивает выходное напряжение датчика пропорционально приложенному полю, перпендикулярному лицевой стороне датчика, а магнитное поле, направленное к северу от той же поверхности, вызывает пропорциональное уменьшение выходного напряжения. При напряжении питания 4.5 В выходное напряжение датчика, в состоянии покоя равное 2.25 В, может увеличиваться до 4.5 В при поле силой 900 Гс, направленном на юг, или уменьшаться до 0 В при поле силой 900 Гс с направлением на север. Хотя датчик может определять интенсивность и полярность постоянного магнитного поля, его полоса пропускания для переменного поля достигает 30 кГц.
Макетная версия зонда собрана на небольшой печатной плате, длина которой достаточна, чтобы поместиться в руке оператора (Рисунок 2). Выводы датчика подсоединяются к высококачественному трехжильному экранированному кабелю и двум развязывающим конденсаторам поверхностного монтажа емкостью 10 нФ. Источник питания датчика состоит из трех соединенных последовательно миниатюрных 1.5-вольтовых батареек общим напряжением 4.5 В. Для расширения диапазона полной шкалы используйте 9-вольтовую батарею для питания микросхемы 5-вольтового регулятора, такого как 7805, и при необходимости добавьте выключатель. Поместите батарейки рядом с мультиметром. В противном случае стальные корпуса батареек будут искажать наблюдаемое магнитное поле. Для развязки вывода и выхода датчика используйте SMD конденсаторы емкостью 10 нФ. Хотя выходной сигнал датчика может отображать любой цифровой мультиметр, имеющий высокую точность по постоянному току и полосу пропускания по переменному току, превышающую 50 кГц, цифровой мультиметр с режимом относительных измерений (REL Δ), такой, скажем, как Fluke модели 187, упрощает измерение и обнаружение полярности постоянного магнитного поля [1].
 | |
| Рисунок 2. | В режиме относительных изменений цифрового мультиметра (REL Δ) отображаемые показания близки к нулю, а номинальное выходное напряжение датчика при нулевом поле составляет 2.25 В. |
Извлеките зонд из экранированного корпуса и измерьте наблюдаемое магнитное поле. Для достижения максимальной чувствительности расположите поверхность датчика перпендикулярно полю. Если направление поля неизвестно, вращайте зонд вокруг его самой длинной оси, чтобы найти положение с максимальным выходным напряжением. Чтобы рассчитать плотность магнитного потока, разделите измеренное выходное напряжение датчика на его чувствительность (2.5 мВ/Гс). Например, если мультиметр показывает –1.9800 В, то магнитное поле ориентировано на север и равно 792 Гс. При измерении переменного магнитного поля используйте режим отображения истинного среднеквадратичного значения для отображения переменного выходного напряжения датчика.
Индукцию магнитного поля в воздухе можно рассчитать с помощью следующей формулы:
B = µ0•H,
где
B – магнитная индукция в теслах,
H – напряженность магнитного поля в амперах на метр,
µ0 = 4π•10–7 Гн/м – магнитная проницаемость вакуума.
Учитывая, что тесла представляет собой относительно большую единицу измерения, индукция магнитного поля в 1 Тл является довольно сильной.
Для повышения разрешения измерений можно применить следующие коэффициенты пересчета, чтобы использовать гаусс как более популярную единицу:
10,000 Гс = 1 Тл,
1 Гс = 79.6 А/м,
1.2560 мТл = 1 кА/м.
Измерители магнитного поля находят применение при поиске неисправностей датчиков линейного перемещения, в производстве двигателей постоянного тока и аудиоколонок, для исследования низкочастотных магнитных помех, а также при проектировании и изготовлении электромагнитных экранов.