آموزش ساخت فلزیاب ساده

فلزیاب از جمله وسایل پرکاربردی است که در فرودگاه ها یا مکان های عمومی دیگر که امنیت مردم اهمیت ویژه ای دارد استفاده می شود. از این وسیله برای تشخیص سلاح و … می توان استفاده کرد. در این پروژه، آموزش ساخت فلزیاب ساده، قصد دارید مدار یک فلز ساده را طراحی کنیم. مدارات بسیاری برای ساخت فلزیاب وجود دارند اما معمولا طراحی آنها پیچیده و سخت است. در این پروژه قصد داریم یک مدار فلز یاب ساده با کمک IC 555 را پیاده سازی کنیم.

قبل از ادامه باید با مفهوم القاگر و مدارات RLC آشنا شویم. ابتدا در خصوص القاگرها صحبت می کنیم. القاگرها معمولا از جنس سیم های مسی و مفتولی هستند که بهصورت سیم پیچ در اشکال و سایزهای مختلف هستند.

تعریف القاگر به نقل از ویکی پدیا

القاگر افزاره‌ای الکترونیکی، کنش‌پذیری (مهندسی) (پسیو) و دوپایه است که به آن سیم‌پیچ یا القاگر نیز می‌گویند. عملکرد اصلی القاگر، مقاومت در برابر تغییرات جریان الکتریکی می‌باشد. این افزاره معمولاً از رسانایی مانند یک سیم که بصورت سیم‌پیچ درآمده است و به دُور هسته‌ای از جنس آهن یا کربن خاص به نام «فِرّیت» پیچیده‌شده تشکیل می‌شود.

هنگامی که جریانی از القاگر بگذرد، یک میدان مغناطیسی درون آن ایجاد می‌شود و انرژی به‌طور موقت در این میدان مغناطیسی ذخیره می‌گردد.[۲] وقتی شدّت جریان الکتریکی تغییر کند، میدان مغناطیسی متغیّر با زمان، ولتاژی را در رسانا القا می‌کند و بر اساس قانون القای الکترومغناطیسی فارادِی، این ولتاژْ مانع از تغییر جریانی می‌شود که در سیم‌پیچ قرار داشت؛ بنا بر قانون لنز مسیر یک نیروی محرکه الکتریکی (e.m.f.) مخالف مسیر جریانی است که آن را سبب شده‌است. مشخّصهٔ اصلی القاگر، «ضریب خودالقایی» می‌باشد که یکای آن در دستگاه بین‌المللی یکاها (SI)، هانْرِی است و با (H) نمایانده می‌شود؛ که بنام جوزف هنری دانشمند و فیزیک‌دان آمریکایی سدهٔ ۱۹، نام‌گذاری شده‌است. اکثر القاگرها هسته‌ای آهنربایی، ساخته‌شده از آهن یا فِرّیت دارند که سیم‌پیچ به دُور آن‌ها بسته می‌شود و باعث افزایش میدان مغناطیسی و ضریب خودالقایی می‌شود.

همراه مقاومت‌ها و خازن‌ها، القاگرها یکی از سه عنصر خطّی و غیر فعّال تشکیل‌دهندهٔ مدارهای الکترونیکی می‌باشند. از القاگرها بطور گسترده در تجهیزاتی که با برق متناوب (AC) کار می‌کنند، استفاده می‌شود. نمونهٔ دیگری از کاربردهای القاگر در تجهیزات رادیویی می‌باشد. از القاگرها برای جلوگیری از جریان متناوب نیز استفاده می‌شود؛ زیرا القاگر، جریان مستقیم (DC) را می‌گذراند امّا مانع از گذر جریان متناوب می‌شود. القاگرهایی که به این منظور طراحی شده‌اند خفه کن (مسدود کننده) نامیده می‌شوند. از دیگرکاربردهای القاگر می‌توان به استفاده از آن‌ها در پالایه‌های الکترونیکی به جهت جداسازی نشانک‌ها از بسامدهای گوناگون و در مدارهای تنظیم گیرنده‌های رادیو و تلویزیون نام برد.

در تصویر زیر تعدادی القاگر با هسته هوا یا در واقع بدون هسته را مشاهده می کنید.

از این القا گرها زمانی که مقادیر کمی میکرو هانری نیاز داریم استفاده می کنیم و برای مقادیر کمتر از چند میلی مناسب نیستند. تصویر زیرالقاگرها با هسته فریت را نمایش می دهد.

وقتی القاگر دور یک هسته آهنی یا فریت پیچیده شده باشد، ظرفیت القاء مغناطیسی به شکل فوق العاده ای افزایش می یابد.

مدارات RLC

در تصویر مدار زیر، در صورت ثابت بودن فرکانس اعمال شده، امپدانس بین ترمینال های a و c به مقادیر L و C بستگی دارد.

بنابراین در صورت تغییر ظرفیت القاء شده، امپدانس تغییر خواهد کرد.

استفاده از این دو مفهوم در مدار فلزیاب در ادامه این آموزش آمده است.

لیست قطعات مورد نیاز پروژه ساخت فلزیاب

مدار پروژه فلزیاب ساده

تصویر بالا مدار فلزیاب را نمایش می دهد. آی سی تامیر ۵۵۵ به عنوان نوسان ساز موج مربعی عمل می کند و پالس هایی با فرکانس های قابل شنیدن برای انسان تولید می کند.خازن بین pin1 و pin2 برای تولید فرکانس قابل شنیداری لازم است و نباید تغییر کنید.

در مدار بالا، یک مدار RLC متشکل از مقاومت ۴۷ کیلو اهم، خازن ۲٫۲µF و القاگر وجود دارد. مدار RLC هسته تشخیص فلزیاب ماست. همانطور که قبلا اشاره کردیم یک القاگر با هسته فلزی، ظرفیت القا بیشتری نسبت به القاگر با هسته هوا دارد.

در نظر داشته باشید که القاگر مورد استفاده ما فاقد هسته یا با هسته هوا می باشد، بنابراین وقتی یک قطعه فلز نزدیک سیم پیچ شود، مانند یک هسته برای القاگر عمل خواهد کرد. با در نظر گرفتن فلز نزدیک شده به عنوان هسته القاگر، ظرفیت القا شده به شکل قابل ملاحظه ای افزایش پیدا خواهد کرد. با این افزایش ناگهانی ظرفیت القا، امپدانس مدار RLC نسبت به حالت بدون هسته به شکل قابل ملاحظه ای تغییر خواهد کرد.

با تغییرات به وجود آمده فرکانس ارسال شده به بلندگو مانند حالت قبل نبوده و صدای تولید شده تغییر قابل ملاحظه ای می کند.

چند نکته :

• روکش سیم پیچ در انتهای دو سر برای اتصال و لحیم کاری می بایست جدا شود.
• با تغییرات در مدار RLC می توانید مدار فلزیاب خود را با دقیق تر کنید.
• بلندگو هر نوعی می تواند باشد، اما بلندگو با مقاومت کمتر از ۸Ω ممکن است به تامیر آسیب برساند.
• تغذیه مدار باید بیشتر از ۵ ولت باشد.