Qué es el Gaussímetro : Funcionamiento y sus aplicaciones

Carl Friederich Gauss es un gran matemático y también un pionero en el estudio de los campos magnéticos. Inventó uno de los primeros aparatos de medición, el magnetómetro o Medidor de Gauss en 1833, capaz de medir la dirección y la fuerza de un campo magnético. También inventó un sistema de unidades para determinar el magnetismo. Así, la unidad actual de inducción magnética o densidad de flujo magnético en el sistema CGS se denomina gauss mientras que, en el sistema de medición del SI, la unidad básica del flujo magnético es el tesla (1 tesla = 10.000 gauss). En este artículo se presenta una visión general de un medidor de gauss y su funcionamiento con aplicaciones.

¿Qué es un medidor de Gauss?

Los instrumentos de medición, como el gaussímetro, se utilizan principalmente para calcular la magnetización de un material magnético, como un ferromagneto, o bien para medir la dirección y la intensidad del campo magnético en un punto concreto del espacio. Un medidor de gauss incluye una sonda de gauss, el medidor y un cable para fijarlos. Este medidor funciona simplemente por el efecto Hall. Este medidor también se utiliza para medir pequeños campos magnéticos.

El efecto Hall es un método en el que se puede desarrollar un campo eléctrico transversal dentro de un material sólido cuando éste se encuentra en un campo magnético que lleva una corriente eléctrica perpendicular al campo magnético. Entonces se puede medir la tensión en ángulo recto con respecto a la trayectoria existente. Por tanto, este método de medición de la tensión por efecto magnético se denomina efecto Hall.

¿Cómo funciona el medidor de Gauss?

La parte más esencial de un gaussímetro es la sonda Hall. Esta sonda es plana y mide los campos magnéticos transversales. Algunas sondas son cilíndricas o axiales y se utilizan simplemente para calcular campos paralelos hacia la sonda. Por ejemplo, un campo magnético en un solenoide

Ambos tipos de sondas pueden utilizarse para medir los campos magnéticos, sin embargo, las sondas transversales o planas son importantes para medir los campos magnéticos dentro de espacios abiertos, como los pequeños huecos de los imanes, o para objetos ferromagnéticos o imanes simples. Por lo general, las sondas son delicadas, sobre todo cuando se utilizan para medir pequeños campos magnéticos y son resistentes con material de latón para la seguridad de los entornos accidentados.

El medidor de gauss utiliza la sonda para transmitir una corriente de prueba mediante el conductor y, debido al efecto Hall, se puede producir una tensión que es registrada por el medidor. Cuando la tensión cambia, el medidor congela las lecturas de tensión en un valor determinado y las registra una vez detectado el valor más alto de tensión.

Medidor de Gauss vs Magnetómetro

La diferencia entre el gaussímetro y el magnetómetro es la siguiente

Diagrama del circuito del medidor de Gauss

A continuación se muestra el diagrama del circuito del medidor de gauss. Este circuito de medidor de gauss es muy sencillo y de bajo coste de diseño. Sabemos que el medidor de gauss se utiliza principalmente para medir la intensidad del campo magnético.
El diseño de este circuito puede realizarse utilizando una pila de 9V, un CI LM1117-5.0 (regulador de tensión), un interruptor de palanca como S1, un sensor de efecto Hall SS49E como IC2, un conector de dos pines como CON1 para conectar un DVM (voltímetro digital) o DMM (multímetro digital).

Sensor de efecto Hall SS49E

A continuación se muestra la distribución de pines del sensor de efecto Hall SS49E, que incluye tres pines.

• Pin1 (Vdd): Es un pin de alimentación.
• Pin2 (GND): Este es un pin de GND del CI.
• Pin3 (Salida): Este es un pin de salida del CI.

Características eléctricas

Las características eléctricas del sensor de efecto Hall SS49E se muestran a continuación.

• La tensión de funcionamiento (Vcc) oscila entre 3,0v y 6,5V.
• El embalaje del CI es TO-92.
• El tiempo de respuesta es de 3 µseg.
• El suministro de corriente (Icc) oscila entre 4,2 y 8,0mA.
• La corriente de salida (Iout) es de 1,0 a 1,5mA.
• La tensión de salida (Min) es de 0,86V.
• La tensión de salida (máxima) es de 4,21 V.
• La tensión de reposo de o/p es de 2,25 a 2,75V.
• La sensibilidad (ΔVout) es de 1,6 a 2,0 mV/G.

Funcionamiento del circuito

Una vez que el interruptor "S1" está cerrado, la tensión en el punto de prueba "TP1" es de 5 voltios, mientras que la tensión en TP2 depende principalmente de la posición del imán con respecto al sensor IC2. Aquí, para comprobar si las lecturas del medidor son estables o no a lo largo de la vida de la batería, se emplea un regulador de tensión fijo que proporciona una fuente de alimentación de CC estable hacia el sensor.

Ahora se puede medir la intensidad de campo del imán manteniendo el imán alejado del sensor de efecto Hall y colocando las sondas del voltímetro digital a través del conector de dos pines "CON1". A continuación, mueve el imán en la dirección del sensor Hall y mide la tensión.

Así podrás observar dos tensiones o/p en el voltímetro digital en función de la posición del imán con respecto al sensor de efecto Hall. Si la lectura de la tensión es máxima en el voltímetro digital, entonces el sensor Hall está orientado en la dirección del polo sur del imán. Del mismo modo, si la lectura de la tensión en el DVM es mínima, entonces, el sensor está orientado en la dirección del polo norte del imán.

La intensidad del campo magnético puede medirse en Gauss mediante la siguiente relación:

Densidad de flujo magnético (B) = 1000*(V1-V2)/k Gauss

Donde la tensión o/p "V1" sin imán cerca del sensor Hall

La tensión de salida 'V2' con el imán cerca del sensor Hall.

' k' es la sensibilidad típica del sensor (mV/G).

Problema de ejemplo de medidor de Gauss:

Ten en cuenta que, 'V1' debe ser de aproximadamente 2,5V. Si el sensor Hall se coloca cerca del polo sur del imán, 'V2' aumentará y se reducirá si se coloca cerca del polo norte.

Por ejemplo, si has medido 2,50 Vdc en el DVM para 'V1' y 1,35 Vdc para 'V2', entonces

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

B = 1000*(2,5-1,35)/1,80 => 638 Gauss

Aquí, el resultado es positivo, por lo que especifica que el imán está en la dirección del Polo Norte.

Del mismo modo, si has medido 2,50 Vdc para "V1" y 3,50 Vdc para "V2", entonces

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

Aquí, el resultado es negativo, lo que significa que el magnetismo está en la dirección del Polo Sur.

Diseño de un gaussímetro con sensor de efecto Hall y Arduino

Este proyecto sirve para diseñar un medidor de Gauss con un Arduino Uno R3 y un sensor de efecto Hall KY-003. Este medidor se utiliza para medir la fuerza y la polaridad de un campo magnético. Los componentes necesarios para realizar este proyecto incluyen principalmente

Placa Arduino UNO R3, PC, LCD 16X2, sensor de efecto Hall KY-003, imán de altavoz, protoboard, cables de puente, USB tipo B, potenciómetro, etc. Los tres componentes esenciales de este proyecto incluyen principalmente el sensor magnético KY-003 Hall, la pantalla LCD 16x 2 y el Arduino UNO R3.

El sensor magnético Hall como el KY-003 incluye principalmente un interruptor de efecto Hall sensible 3144EUA-S utilizado para el funcionamiento de alta temperatura, una resistencia de 680Ω y un LED. Este sensor incluye tres pines GND, VCC y salida digital. El primer pin es el pin GND que se conecta al pin GND de Arduino, el pin del medio de este sensor es VCC (+5V), conectado a 3,3V/5V de Arduino, y el pin final "S" es el pin de datos, conectado a cualquiera de los pines de entrada digital de la placa Arduino.

Este sensor es un tipo de interruptor que controla la existencia de un campo magnético. Al situar el imán cerca del sensor Hall, el LED se encenderá automáticamente. La polaridad del campo magnético puede controlar la acción de conmutación.

La pantalla LCD, que incluye un módulo I2C, se puede conectar a la placa Arduino mediante dos cables de datos. Este módulo incluye un potenciómetro incorporado que se utiliza para ajustar el contraste. Esta pantalla LCD incluye 16 columnas y 2 filas.

El Arduino UNO R3 incluye 14 pines de E/S digitales, de los cuales 6 pines son salidas PWM, 6 pines son entradas analógicas, una conexión USB, un cristal de cuarzo de 16 MHz, un cabezal ICSP, un conector de alimentación, una memoria Flash de 32k y un botón de reinicio.

La pantalla LCD de 16×2 incluye cuatro pines VCC, GND, SCL y SDA. Las conexiones de estos pines pueden hacerse así. El pin VCC de la pantalla LCD se conecta a los 5V de Arduino, el pin GND de la pantalla LCD se conecta al pin GND de Arduino, el pin SCL de la pantalla LCD se conecta al pin A4 de Arduino, y el pin SDA de la pantalla LCD se conecta al pin A5 de Arduino.

Conecta todos estos componentes dentro de un circuito utilizando un potenciómetro para calibrar el magnetómetro. Una vez realizadas las conexiones, descarga las librerías para Arduino y LCD.

Código del proyecto

#include // Las bibliotecas deben añadirse en la línea principal del código
#include //incluye el tipo de LCD para LCD 16X2 a través de la dirección de mochila i2c 0x27 //
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 2, 1, 0, 4, 5, 6, 7, 3, POSITIVO);
#define sensorPin 10 //Define el pin de salida del sensor de los componentes al arduino//
#define pin de calibración 1
float sensorRead;
float calibraciónLectura;
float sensorPinVoltage;
float calibrationPinVoltage;
float gauss;
void setup() { // En esta función se escribe el comando que inicia la conexión en serie. Llama a este método que se ejecuta una vez después de encender la placa Arduino//
lcd.begin(16, 2);
lcd.print("Efecto Hall");
lcd.setCursor(1,1);
lcd.print("¡Gauss!");
retraso (500);
}
void loop() {
sensorRead = analogRead(sensorPin);
calibraciónRead = analogRead(clavija de calibración);
si (sensorRead >= 1020 | sensorRead <= 3){
lcd.clear();
lcd.print ("INTENSIDAD"),
lcd.setCursor(1,1);
lcd.print("¡Y ERROR!");
}
si no{
sensorPinVoltage = ((5 * sensorRead) / 1023);
calibrationPinVoltage = ((5 * calibrationRead) / 1023);
gauss = ((1000 * (tensión de la clavija de calibración - tensión de la clavija del sensor)) / 1.3);
lcd.clear();
lcd.print (gauss, DEC),
lcd.setCursor(1,1);
lcd.print("gauss");
}
retraso(500);
}

Por último, podemos observar el valor del gaussímetro actual con el sensor de efecto Hall KY-003 y la pantalla LCD.

Ventajas

El ventajas del Gauss meter incluyen las siguientes.

• Estos medidores son portátiles.
• Son cómodos de manejar.
• Sensible.

Desventajas

El desventajas del medidor de Gauss incluyen las siguientes.

• Dispositivos caros.
• El valor de medición del medidor de Gauss cambia en función del fabricante.
• La medición no es precisa.

Aplicaciones

El aplicaciones del medidor de Gauss incluyen las siguientes.

• Se utiliza un medidor de Gauss para medir la dirección e intensidad del pequeño campo magnético.
• Estos medidores se utilizan para medir de forma no destructiva los campos magnéticos de los altavoces, de los motores de corriente alterna, de los motores de corriente continua, de los circuitos magnéticos y de otros componentes como relés, bobinas o interruptores magnéticos.
• Estos dispositivos también se utilizan para determinar si algún campo electromagnético inerte o activo está influyendo en los dispositivos electrónicos exactos que funcionan en el lugar de su instalación.
• Son dispositivos de medición fiables que se utilizan para la medición del campo magnético existente.

¿Es lo mismo un medidor de Gauss que un medidor de CEM?

Un medidor de CEM se utiliza para medir los campos electromagnéticos (CEM) de CA, que generalmente se producen a partir de fuentes artificiales como el cableado eléctrico, mientras que los medidores de gauss miden los campos de CC, que se producen de forma natural en los campos geomagnéticos de la Tierra y se generan a partir de otros tipos de fuentes en las que está presente la CC.

¿Qué es una lectura de gauss?

La lectura que se utiliza en aplicaciones en las que la intensidad de campo funciona como parámetro principal, como una aplicación de sensor, se conoce como lectura de gauss.

¿Qué es una lectura de gauss alta?

El gauss significa el número de líneas de campo magnético por cada centímetro cuadrado que produce un imán. Cuando el valor es más alto, entonces se emiten más líneas de magnetismo a través del imán y cuando se lee un valor tan alto se conoce como lectura de gauss alta.

¿Qué detecta un medidor de gauss?

Un medidor de gauss detecta los CEM dinámicos (CA), los campos magnéticos permanentes estáticos (CC) o ambos. Este medidor muestra las medidas de las ondas electromagnéticas en diferentes unidades como G (Gauss), mG (miliGauss), mT (miliTesla) o µT (microTesla).

Por tanto, se trata de una visión general de un Gauss y su funcionamiento con aplicaciones. Se trata de un instrumento de medición científico que suele medir un campo magnético o la densidad de flujo en gauss o G (unidades métricas) o en tesla o T (la unidad IS o del sistema internacional). Aquí tienes una pregunta, ¿qué es el medidor de Tesla?