Levitació electromagnètica de bricolatge: 6 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:16

Aquest és un projecte que sorprendrà i inspirarà. De què serveix tot aquest saber fer científic si no podem fer alguna cosa divertida amb això, oi?

Amb aquest projecte, farem servir un parell de components fàcils de fabricar o de trobar per construir una caiguda de mandíbula, un levitador electromagnètic que doblega la ment o EMLEV, com jo en dic.

Amb l'ajut d'alguns circuits senzills, un imant, un sensor d'efecte Hall i alguns components més, podreu levitar objectes a l'aire.

Comencem!

Pas 1: què necessiteu

Per a aquest projecte necessitarem un circuit de controlador, una font d’energia, una bobina d’EM i un imant juntament amb el maquinari i les eines per muntar-ho tot.

La llista de parts és la següent:

Circuit Board DESCÀRREGA L’ESQUEMA AQUÍ

ACONSEGUEU EL KIT DE PARTS AQUÍ

(1) Placa de circuits petits (1) Regulador de voltatge LM7805 (1) IC MIC502 (1) IC LMD18201 (1) Sensor d'efecte Hall SS495 A (1) Condensador 470uF (electrolític) (1) Condensador 1uF (ceràmic) (1) 0,1 Capacitor uF (ceràmic) (1) Condensador 0,01uF (ceràmic) (1) 2 Presa d’entrada de ranura (+/-) (2) 2 connectors de cable

(1) Font d'alimentació de 12v / 1a

(1) Pantalla LCD de tensió (opcional) (1) LED verd (opcional) (1) resistència de 10K

Solenoide (20g 150-300 voltes) (1) Pern d'acer

Diversos filferros de colors (18-24 g) (2-3) Imants de disc de neodimi (3) Fulls de plexiglàs de 8 "x10" (4) Vareta roscada de 12 "x 5/15" (24) Femelles de 5/16 "(24) 5 / Tampons de cautxú de 16 "(8) 5/16" (opcional)

Les eines que es mostren inclouen soldador, broca i broques de fins a 5/16 i també voldreu tenir una mica de cinta elèctrica o embolcall retràctil, cola i clau anglesa de 5/16.

Totes les peces estan disponibles AQUÍ:

www.drewpauldesigns.com/diy-electromagnetic-levitation-kit.html

Pas 2: teoria i components bàsics

Per què no podem levitar objectes metàl·lics amb un imant a la distància adequada? Com que, quan un material fèrric s’acosta a un camp magnètic, la força augmenta exponencialment. Això es descriu pel que s’anomena la llei del magnètic invers que estableix:

Intensitat1 / Intensitat2 = Distància1 / Distància2

Per tant, no hi ha cap punt a l’espai en què un imant o un electroimant suspengui naturalment un objecte sense fer contacte. Un cop al camp, no hi ha marxa enrere! … Llevat que …

Un camp magnètic de propagació es pot mostrar en diagrames 2D o en una pel·lícula de visualització magnètica com a línies de força que emanen dels pols. Fins i tot en un oscil·loscopi és impossible explicar molt sobre el moviment i la direcció del camp amb només instantànies en dues dimensions (com aquesta notòria il·lusió). Quan s’observa en 3D, aquest camp es pot veure i sentir que és toroidal i, respecte al temps, comencem a veure que emergeix un camp helicoïdal de propagació. Això és el mateix en el cas d’un electroimant i, quan el camp col·lapsa, ho fa en direcció contrària. Això es descriu pel que se sol anomenar Regles de la mà dreta i esquerra de Flemings.

Així, en teoria, seria possible crear vòrtexs / hèlixs alternatius per ajustar un objecte a la posició desitjada. Després de fer alguns càlculs basats en la fórmula anterior, trobem que només és possible alternant aquests camps amb precisió i rapidesa (50.000 vegades per segon o més!) Problema? No del tot. Amb uns quants components podem crear un camp electromagnètic de propagació i col·lapse controlat per un sensor que detecta la intensitat del camp i un circuit que aplica el camp adequat a un electroimant. Els components es poden trobar individualment aquí o com a kit aquí per fer aquest projecte ràpid i senzill. Ara que tenim tots els nostres components a punt, comencem!

Pas 3: Creeu el recinte

Construir el nostre recinte és bastant senzill amb els materials recomanats, però no dubteu a utilitzar tot el que tingueu. Aquest recinte súper senzill es va inspirar en aquest impressionant robot per mostrar tots els components interns. Quan estigui complet, el recinte ha de tenir 8 "Wx10" Dx12 "H.

En primer lloc, apilarem i fixarem el nostre plexiglàs i mesurarem i foradarem quatre forats a prop de les cantonades, assegurant-nos que deixem espai de les vores i perforarem amb bits incrementalment més grans per evitar esquerdes. Quan estigui complet, tindrem quatre forats de 5/16 polzades a les cantonades de les tres làmines de plexiglàs. * Assegureu-vos de tenir en compte l’orientació per a un ajust simètric. A continuació, practicarem un forat o forats per a la presa d’entrada en una de les fulles. Pot variar en funció de la presa, però hauria d’estar a prop de la part posterior del recinte. Ara començarem a construir el recinte. Comenceu introduint les quatre barres roscades de 5/16 als forats d'un dels vostres fulls. Assegureu el full a uns 1,5-2 polzades de la part inferior de les barres amb una arandela i una femella a cada costat del plexiglàs i afegiu-hi un peu de goma a la part inferior de cada vareta. Assegureu-vos que tot estigui a nivell abans de continuar.

A continuació, afegirem una rosca i una rentadora a uns 3 o 3 polzades de la part superior de les nostres barres i col·locarem la làmina amb el forat del gat a la part superior.

L’últim pas del nostre recinte serà assegurar l’últim full de plexiglàs a la part superior un cop afegim els components al següent pas.

Pas 4: muntar i assegurar els components

Ara que tenim una plataforma, podem construir i instal·lar els nostres components.

Aquest parell de solenoides i circuits relativament senzill es pot construir segons el diagrama adjunt o en podeu obtenir un de pre-construït aquí. Tingueu en compte que el SS495 es munta a la part inferior de la bobina. Si afegiu un LED, podeu verificar la potència i un voltímetre digital us permet detectar una càrrega amb fins d’ajust, ambdós opcionals, es poden connectar directament als circuits de 12V d’entrada amb una resistència de 10k en línia al cable calent (+). És divertit saber que un dels circuits integrats del circuit està dissenyat per a un controlador de motor i l’altre està pensat per a un ventilador, però ajusteu-los amb alguns components més i el podem fer servir per levitar objectes a l’aire.

A continuació, podem connectar la presa a l’entrada del circuit tot assenyalant el diagrama del circuit i recordar que la caixa de la presa és la terra (-).

A continuació, connectarem les sortides 1 i 2 del nostre IC LMD18201 a la nostra bobina de solenoide. Introduïu un cargol d'acer al centre de la bobina i al cap del cargol munteu el sensor d'efecte Hall SS495 A al qual connectarem els cables segons el diagrama. Els components predefinits inclouran connectors que només es poden ajuntar.

En aquest punt pot ser útil assegurar-ho tot temporalment, connectar amb cura l’alimentació i provar el camp del solenoide amb l’imant.

Un cop satisfet, podeu assegurar els components a la plataforma. El circuit ha de ser vertical per permetre el flux d’aire i a prop de la presa, el solenoide hauria de tenir el lateral amb el sensor cap avall i el LED i el LCD opcionals es poden col·locar allà on sigui convenient. Si afegiu una mica d’embolcall retràctil i cobertes de filferro en aquest punt, tot queda net i contribueix a evitar els curtcircuits i els cables tirats. Primer afegiu una femella i una arandela a cada vareta, després l’última làmina de plexiglàs i ajusteu-la cap avall de manera que la làmina superior entri en contacte amb el solenoide, mantenint-la fermament al seu lloc. Un cop al lloc i al nivell, afegiu quatre volanderes i femelles més i tap amb les tapes finals de goma.

Pas 5: el vostre EMLEV està complet. Temps per sintonitzar i provar

Estem quasi completats; però haurem de fer uns quants càlculs i una mica d’ajust abans de començar a sorprendre amics i companys.

En muntar el solenoide, la nostra orientació no va tenir en compte la polaritat. Per tant, haurem de seleccionar el pol correcte del nostre imant per afrontar la nostra bobina. Per fer-ho, connecteu l'alimentació i comenceu a introduir l'imant al camp del solenoide. Un costat de l’imant s’atreurà contínuament i l’altre tendirà a bloquejar-se al lloc a diversos centímetres de la nostra bobina, anoteu aquest costat de l’imant. Aneu amb compte de no acostar-vos massa; tots dos pols s'atreuran violentament si s'apropen massa a la bobina energitzada.

Ara que sabem quin pol del nostre imant estem utilitzant, ara determinarem el pes que pot contenir. Massa pes i la càrrega atraurà sense levitar, massa pes i el camp magnètic no podrà superar la gravetat i el seu objecte caurà. Podeu utilitzar proves i errors aleatoris per trobar el pes òptim adjuntant objectes aleatoris al vostre imant, però us suggereixo un enfocament que condueixi a resultats més quantificats. Amb cargols i femelles petites, afegiu-los incrementalment al vostre imant i proveu-los. Un cop trobeu un punt d’equilibri (notareu un lleuger clic quan es bloqueja), observeu el pes de la càrrega amb una bàscula petita. A continuació, afegiu o elimineu petites quantitats de pes per trobar el vostre abast i optimitzar-ne l'estabilitat. A continuació, podeu utilitzar-lo com a referència i començar a levitar qualsevol cosa dins d’aquest rang de pes, que sol estar entre 45 i 55 grams, sense incloure l’imant.

Quan funcioneu correctament, connecteu un oscil·loscopi per veure els camps en acció. Gràcies a les lectures del meu DSO nano podem veure amb precisió quan es produeix el camp canviant i per què.

Pas 6: prepareu-vos per inspirar i sorprendre

Enhorabona! Heu fet possible l’impossible!

El vostre EMLEV hauria d'estar complet, funcionant i levitarà qualsevol element en l'interval de pes determinat. Ara podem triar un objecte per levitar. Proveu de muntar l'imant a una pedra o fixeu claus o femelles, fixeu un record, les possibilitats són infinites, fins i tot aquests nois van levitar una granota viva.

Vaig triar una cullerada gran per a l’efecte.

"No leviteu la cullera; això és impossible. En lloc d'això, només intenteu adonar-vos de la veritat. No hi ha cullera." - par. The Matrix (1999)

Aquest dispositiu bufarà la ment; els ulls s’eixamplaran, les mandíbules cauran i els caps explotaran! És màgia? És ciència? Bé, l'única diferència entre un mag i un científic és que un científic us explica com es fa. Gràcies per consultar el meu Instructable i no puc esperar a veure què levites, deixa fotos als comentaris. Creus que aquest instructiu és genial? Feu-me-ho saber fent clic a votar a la part superior de la pàgina.

Accèssit al Concurs de Sensors 2016

Accèssit al concurs Make It Fly 2016