Diego Luis Aristizábal R., M. Sc. en Física Profesor Asociado Escuela de Física Universidad Nacional de Colombia Roberto Fabián Restrepo A., M. Sc. en Física Profesor Asociado Escuela de Física Universidad Nacional de Colombia Carlos Alberto Ramírez M., M. Sc. en Física Profesor Asociado Escuela de Física Universidad Nacional de Colombia Nerio Montoya G., Ing. Físico Asistente Técnico Escuela de Física Maestría en Enseñanza de las Ciencias Exactas y Naturales Página 2 PhysicsSensor La sonda de campo magnético Descripción En este manual se describen los pasos necesarios para la construcción de una sonda de campo magnético (figura 1), fabricada con electrónica análoga de bajo costo que acoplada al PC a través de una tarjeta de adquisición de datos como ARDUINO permite medir la inducción magnética en regiones donde hay presencia de campo magnético. Los valores mínimos detectados son alrededor de 10 Gauss: es interesante recordar que para medidas del campo magnético de la Tierra el valor es en promedio alrededor de 0,5 gauss, para un pequeño imán 100 Gauss y para un imán de neodimio 2 000 Gauss . Figura 1 Materiales Ver figura 2 Cantidad 1 1 1 Descripción Sensor de efecto Hall UGN3503 Cable USB con conector macho en uno de sus extremos, de 1.5m de largo Varilla (no metálica) para fijar la sonda. Termoencogible de 2 mm. Silicona térmica. Multímetro Elementos para hacer soldaduras con estaño (Opcional). Costos US$ 2,00 US$ 2,00 US$ 0,10 Universidad Nacional de Colombia Facultad de Ciencias, Escuela de Física, Sede Medellín Página 3 La sonda de campo magnético Sensor Hall UGN3503 Cable 1x1 Plug Termoencogible Multímetro Figura 2 Procedimiento Cortar el extremo del cable USB de forma que el conector Tipo A macho sea el que quede con el cable. Es necesario utilizar el multímetro para saber a qué cable corresponde cada uno de los contactos del conector, ya que se va a seguir la convención para las conexiones mostrada en la Figura 3. Pelar unos 5 cm del cable. Dentro de éste se encontrarán 4 cables de menor calibre, normalmente de colores rojo, negro, blanco (o azul) y verde, aunque algunas veces puede no ser así. Pelar cada uno de los cables, mas o menos ½ cm para cada uno de ellos y estañar el cable para soldarlo. Página 4 PhysicsSensor La sonda de campo magnético Como sensor se va a usar el circuito integrado UGN3503, de respuesta en voltaje lineal proporcional a los cambios en el flujo magnético. Para saber cómo se debe conectar cada una de las terminales del sensor se recurre a la hoja de datos proporcionada por el fabricante, según la cual las conexiones se deben hacer como las que se muestran en la Figura 3. La sonda se acoplará al PC a través de la tarjeta de adquisición de datos ARDUINO por una de sus entradas análogas. Para desplegar en el PC las medidas de inducción magnética se podrá emplear el paquete PhysicsSensor: este software se diseñó bajo el concepto de Instrumentación Virtual, es de libre uso y es propiedad de la Universidad Nacional de Colombia. (a) (b) Figura 3: a) Estándar elegido para trabajar con los plug de cable 1x1 b) Conexiones de cada una de las terminales del sensor UGN3503. En el esquema de la Figura 4 se ilustra cómo se debe poner el termoencogible de 2 mm sobre cada uno de los cables que se van a soldar, para evitar posibles cortos circuitos. Luego de hacer las soldaduras se debe fijar el termoencogible. Como su nombre lo indica, el termoencogible se encoge al calentarlo, así que para que se adhiera a los cables basta con acercarlo el tiempo suficiente al cautín caliente Universidad Nacional de Colombia Facultad de Ciencias, Escuela de Física, Sede Medellín Página 5 La sonda de campo magnético Figura 4: Preparación del sensor Para éste punto el sensor ya debe estar funcionando y lo que queda faltando es acondicionarlo sobre una sonda para facilitar su uso. En la Figura 5, se presentan los planos de una sonda propuesta construida en acrílico de 5mm. Figura 5: Planos de la sonda para el sensor de campo magnético a) vista frontal. b) vista lateral. Es importante que las caras planas del sensor queden perpendiculares respecto a la sonda, ya que éstas son las zonas sensibles del circuito integrado. En la Figura 6 se muestra un ejemplo de cómo se debe situar el sensor sobre la sonda. Para terminar se utiliza cinta adhesiva para fijar el cable del sensor sobre la barra de acrílico. Página 6 PhysicsSensor La sonda de campo magnético Figura 6: Sonda de campo magnético. Si se quiere comprobar que la sonda está funcionando correctamente, se debe aplicar entre los contactos asignados en el plug del cable para tierra y alimentación el voltaje correspondiente y leer la respuesta en voltaje por la salida correspondiente. Si el sensor está bien conectado y no se encuentra bajo ningún campo magnético su salida debe ser de 2.50 V ± 0.25 V, voltaje que aumentará o decrecerá dependiendo de polaridad del campo magnético. Escuela de Física Correo: dfisica_med@unal.edu.co Profesor Diego Luis Aristizábal R Correo: daristiz@unal.edu.co