Magnetostriktiivinen anturi: kaavio, tyypit, edut ja sen sovellukset

The sähkömekaaninen muunnin on laite, jota käytetään muuttamaan joko sähköinen signaali ääniaalloiksi tai ääniaalto sähkösignaaliksi. Nämä muuntimet ovat monipuolisempia ja sisältävät magnetostriktiivisia ja pietsosähköisiä laitteita. Tällä hetkellä teho-ultraäänisovelluksissa on kaksi perusanturimallia, joita käytetään magnetostriktiivisina ja pietsosähköisinä. A pietsosähköinen muunnin käyttää pietsosähköisen materiaalin ominaisuutta muuntaakseen energiaa sähköisestä mekaaniseksi. Magnetostriktiivinen anturi käyttää magnetostriktiivisen materiaalin ominaisuutta muuntaakseen energiaa mekaaniseksi energiaksi magneettikentässä. Tässä magneettikenttä aikaansaadaan lankakelan kautta, joka on peitetty magnetostriktiivisen materiaalin ympärillä. Joten tässä artikkelissa käsitellään yleiskatsausta a magnetostriktiivinen anturi – työ ja sen sovellukset.

Mikä on magnetostriktiivinen anturi?

Laite, jota käytetään muuttamaan energiaa mekaanisesta energiasta magneettiseksi, tunnetaan magnetostriktiivisena muuntimena. The magnetostriktiivisen anturin toimintaperiaate käyttää magneettista materiaalia, jossa käytetty värähtelevä magneettikenttä puristaa atomeja materiaalista, luo jaksoittaisen muutoksen materiaalin pituuteen ja tuottaa korkeataajuista mekaanista värähtelyä. Tämän tyyppisiä muuntimia käytetään pääasiassa alemmilla taajuusalueilla, ja nämä ovat hyvin yleisiä ultraäänikoneistuksessa ja ultraäänipuhdistussovelluksissa.

Magnetostriktiivisen muuntimen kaavio

Magnetostriktiivisen anturin toimintaa voidaan kuvata käyttämällä seuraavaa kaaviota. Tämä kaavio selittää venymän määrän nollasta täydelliseen magnetointiin. Tämä on jaettu erillisiin mekaanisiin ja magneettisiin ominaisuuksiin, jotka määritetään niiden vaikutuksesta magneettiseen induktioon ja magnetostriktiiviseen ytimen jännitykseen.

Ensimmäisessä tapauksessa kuva c esittää, kun magneettikenttää ei kohdisteta materiaaliin, silloin pituuden muutos on myös nolla syntyneen magneettisen induktion kanssa. Magneettikentän määrä (H) kasvaa kyllästymisrajoihinsa (±Hsat). Tämä nostaa aksiaalisen jännityksen 'esat'. Lisäksi magnetointiarvo kasvaa kuvassa-e esitettyyn +Bsat-arvoon tai pienenee kuvan mukaiseen -Bsat-arvoon.

Kun 'Hs'-arvo on maksimipisteessään, voidaan saavuttaa magneettinen induktio ja suurin jännityskyllästys. Joten tässä vaiheessa, jos yritämme lisätä kentän arvoa, se ei muuta laitteen magnetointiarvoa tai kenttää. Joten kun kentän arvo osuu kyllästymiseen, venymä- ja magneettisen induktion arvot kasvavat ja siirtyvät keskikuvan ulospäin.

Toisessa tapauksessa, kun 'Hs'-arvo pidetään kiinteänä ja jos nostamme magnetostriktiiviseen materiaaliin kohdistuvan voiman määrää, materiaalin sisällä oleva puristuspaine nousee kääntöpuolelle aksiaalisen jännitys- ja aksiaalimagnetisaatioarvojen pienentyessä. . Kuvassa-c ei ole saatavilla vuoviivoja nollamagnetisoinnin takia, kun taas kuvassa. b & figuuri. d:llä on paljon pienempiä magneettivuon viivoja, jotka perustuvat magnetostriktiivisen ohjaimen magneettisen alueen kohdistukseen. Kuvassa a on vuoviivoja, mutta niiden virtaus on päinvastainen.

Kuva. f näyttää vuoviivat, jotka perustuvat käytettyyn 'Hs'-kenttään ja magneettisen alueen järjestelyyn. Tässä syntyneet vuolinjat mitataan Hall Effect -periaatteella. Joten tämä arvo on verrannollinen voimaan tai syöttöjännitykseen.

Magnetostriktiivisen muuntimen tyypit

Magnetostriktiivisia muuntimia on kahdenlaisia; spontaani magnetostriktio ja kentän aiheuttama magnetostriktio.

Spontaani magnetostriktio

Spontaani magnetostriktio tapahtuu atomimomenttien magneettisesta järjestyksestä Curie-lämpötilan alla. Tämän tyyppistä magnetostriktiota käytetään NiFe-pohjaisessa lejeeringissä, jota kutsutaan invariksi, ja se ei nosta lämpöä curie-lämpötilaansa asti.

Materiaalin kyllästysmagnetoituminen laskee kuumentuessaan Curie-lämpötilaan, koska atomien magneettisten momenttien järjestyksen määrä vähenee. Kun tämä järjestely ja kyllästysmagnetoituminen pienenevät, myös tilavuuden laajeneminen vähenee spontaanin magnetostriktion ja materiaalin supistumisen kautta.

Invar-tapauksessa tämä spontaanin magnetostriktiohäviön aiheuttama supistuminen vastaa tavallisten lämpövärähtelymenetelmien aiheuttamaa laajenemista, joten materiaali osoittaa, että mitoissa ei ole muutosta. Mutta Curie-lämpötilan yläpuolella tapahtuu normaalisti lämpölaajenemista, eikä enää ole magneettista järjestystä.

Field Induced Magnetostriction

Kentän aiheuttama magnetostriktio tapahtuu pääasiassa magneettialueen järjestelystä sovelletussa kenttäsovelluksessa. Terfenolimateriaalilla on suurin hyödyllinen magnetostriktio, joka on Tb:n, Fe:n ja Dy:n sekoitus. Terfenolimateriaalia käytetään asentoantureissa, kenttäantureissa, mekaanisissa toimilaitteissa ja kaiuttimissa.

Magnetostriktiivinen järjestely (tai) kuormitusanturit toimivat yksinkertaisesti sen kautta, että aina kun magnetostriktiivinen materiaali kokee jännityksen, materiaalin magnetointi muuttuu. Yleensä Terfenol-toimilaitteissa on Terfenol-sauva, joka on järjestetty puristukseen järjestämään magneettiset alueet tangon pituuteen nähden kohtisuoraan. Terfenol-sauvan ympärillä käytetään kelaa, sauvaan kohdistetaan kenttä alueet linjaamiseksi sen pituuden läpi.

Ero magnetostriktiivisen ja pietsosähköisen muuntimen välillä

Ero magnetostriktiivisen ja pietsosähköisen muuntimen välillä sisältää seuraavan.

Kuinka valita magnetostriktiivinen anturi?

Magnetostriktiivisen anturin valinta voidaan tehdä alla olevien spesifikaatioiden perusteella.

• Tämän muuntimen on käytettävä magneettista materiaalia, jotta se voi olla vuorovaikutuksessa ja kartoittaa etäisyydet erittäin tarkasti.
• Anturin on mahdollistettava kosketuksettomat ja kulumattomat mittaukset.
• Sen alueen on oltava 50 - 2500 mm.
• Sen enimmäisresoluutio tulee olla noin 2 µm.
• Suurin lineaarisuus saa olla ±0,01 %.
• Siirtymänopeuden tulee olla alle 10 m/s.
• Analoginen lähtö on 0 - 10 V, 4 - 20 mA.
• 24 VDC ±20 % Jännitesyöttö
• Suojausluokka IP67
• Käyttölämpötilan tulee olla -30...+75 °C.

Hyödyt ja haitat

The magnetostriktiivisen muuntimen edut Sisällytä seuraavat.

• Nämä anturit ovat luotettavia, huoltovapaita, ja ne vähentävät merkittävästi mahdollisia toimintavirheitä ja koneen seisokkeja
• Magnetostriktiivisissa antureissa ei ole kosketusosia, joten niillä on pidempi käyttöikä.
• Nämä ovat tarkempia kuin kiinteät kosketusmuuntimet.
• Niillä on hyvä herkkyys, pitkän kantaman tarkastus, kestävyys, helppo toteuttaa jne.

The magnetostriktiivisen anturin haitat Sisällytä seuraavat.

• Magnetostriktiiviset muuntimet ovat kalliita.
• Magnetostriktiivisella anturilla on fyysisiä kokorajoituksia, joten se on rajoitettu toimimaan alle 30 kHz:n taajuuksilla.

Sovellukset

The magnetostriktiivisen anturin sovellukset Sisällytä seuraavat.

• Magnetostriktiivista anturia käytetään paikanmittaukseen.
• Tällä muuntimella on keskeinen rooli mekaanisen energian muuntamisessa magneettiseksi energiaksi.
  Aikaisemmin tätä laitetta käytettiin erilaisissa sovelluksissa, kuten vääntömomenttimittareissa, hydrofoneissa, kaikuluotainlaitteissa, puhelinvastaanottimissa jne.
• Tällä hetkellä siitä valmistetaan erilaisia ​​laitteita, kuten suuritehoisia lineaarimoottoreita, melunhallintajärjestelmiä tai aktiivista tärinää, lääketieteellistä ja teollista ultraääntä, adaptiivisen optiikan asennoittimia, pumppuja jne.
• Nämä muuntimet on kehitetty pääasiassa kirurgisten työkalujen, kemiallisen käsittelyn, materiaalinkäsittelyn ja vedenalaisten kaikuluotainten valmistukseen.
• Magnetostriktiivisia muuntimia käytetään koneen liikkuvien osien sisällä olevien pyörivien akselien kehittämän vääntömomentin mittaamiseen.
• Tämä anturisovellus on jaettu kahteen tilaan; tarkoittaa Joule-efektiä ja toinen on Villari Effect. Kun energia magneettisesta mekaaniseksi muunnetaan, sitä käytetään tuottamaan voimaa toimilaitteiden tapauksessa ja sitä voidaan käyttää magneettikentän havaitsemiseen antureiden tapauksessa. Jos energia muuttuu mekaanisesta magneettiseksi, sitä käytetään liikkeen tai voiman havaitsemiseen.

Näin ollen tämä on yleiskatsaus magnetostriktiiviseen muuntimeen. Tätä anturia kutsutaan myös magneto-elastiseksi muuntimeksi. Näillä antureilla on erittäin korkea mekaaninen tuloimpedanssi ja ne sopivat suurten staattisten ja dynaamisten voimien, kiihtyvyyden ja paineen mittaukseen. Ne ovat rakenteellisesti vahvoja, ja kun näitä muuntimia käytetään aktiivisina muuntimina, lähtöimpedanssi on pieni. Tässä on sinulle kysymys, mikä on Magnetostriktio Ilmiö?