Magnetostrikční převodník: Schematický diagram, typy, výhody a jeho aplikace

The elektromechanický převodník je zařízení používané k přeměně buď elektrického signálu na zvukové vlny nebo zvukové vlny na elektrický signál. Tyto převodníky jsou všestrannější a obsahují magnetostrikční a piezoelektrická zařízení. V současné době se pro výkonové ultrazvukové aplikace používají dvě základní konstrukce měničů magnetostrikční a piezoelektrické. A piezoelektrický měnič využívá vlastnosti piezoelektrického materiálu pro přeměnu energie z elektrické na mechanickou. Magnetostrikční měnič využívá vlastnosti magnetostrikčního materiálu pro přeměnu energie na mechanickou energii v magnetickém poli. Zde je magnetické pole zajištěno cívkou drátu, která je pokryta magnetostrikčním materiálem. Tento článek tedy pojednává o přehledu a magnetostrikční převodník – práce a její aplikace.

Co je magnetostrikční převodník?

Zařízení, které se používá ke změně energie z mechanické na magnetickou energii, je známé jako magnetostrikční převodník. The princip činnosti magnetostrikčního měniče používá typ magnetického materiálu, kde aplikované oscilující magnetické pole stlačí atomy materiálu, vytváří periodickou změnu v délce materiálu a vytváří mechanické vibrace s vysokou frekvencí. Tyto typy převodníků se používají hlavně v nižších frekvenčních rozsazích a jsou velmi běžné v aplikacích ultrazvukového obrábění a ultrazvukových čističek.

Schématické schéma magnetostrikčního převodníku

Činnost magnetostrikčního měniče může být popsána pomocí následujícího schematického diagramu. Tento diagram vysvětluje velikost deformace vytvořené od nulové do úplné magnetizace. To je rozděleno na diskrétní mechanické a magnetické atributy, které jsou nastaveny v jejich vlivu na magnetickou indukci a magnetostrikční napětí jádra.

V prvním případě obrázek c ukazuje, když magnetické pole není aplikováno na materiál, pak je změna délky také nulová s vytvořenou magnetickou indukcí. Velikost magnetického pole (H) se zvýší na své limity nasycení (±Hsat). To zvyšuje axiální napětí na „esat“. Kromě toho se hodnota magnetizace zvýší na hodnotu +Bsat znázorněnou na obrázku-e nebo se sníží na hodnotu –Bsat znázorněnou na obrázku.

Když je hodnota „Hs“ na svém maximálním bodě, pak lze dosáhnout magnetické indukce a nejvyššího nasycení deformací. Takže v tomto bodě, pokud se pokusíme zvýšit hodnotu pole, pak to nezmění hodnotu magnetizace nebo pole zařízení. Takže, když hodnota pole dosáhne saturace, hodnoty napětí a magnetické indukce se zvýší a budou se pohybovat směrem ven z centrálního obrazce.

Ve druhém případě, když je hodnota 'Hs' udržována napevno a pokud zvýšíme množství síly na magnetostrikční materiál, pak tlakový tlak v materiálu vzroste na zadní stranu s poklesem hodnot axiálního napětí a axiální magnetizace. . Na obrázku c nejsou k dispozici žádné indukční čáry kvůli nulové magnetizaci, zatímco na obrázku. b & obrázek. d má čáry magnetického toku mnohem menší velikosti založené na vyrovnání magnetické domény v magnetostrikčním budiči. Obrázek-a má čáry toku, ale jejich tok bude v opačném směru.

Postava. f ukazuje čáry toku založené na aplikovaném poli „Hs“ a uspořádání magnetické domény. Zde jsou vytvořené čáry toku měřeny na principu Hallova jevu. Takže tato hodnota bude úměrná síle nebo vstupnímu přetvoření.

Typy magnetostrikčních převodníků

Existují dva typy magnetostrikčních měničů; spontánní magnetostrikce a polem indukovaná magnetostrikce.

Spontánní magnetostrikce

Spontánní magnetostrikce nastává z magnetického uspořádání atomových momentů pod Curieovou teplotou. Tento typ magnetostrikce se používá ve slitině na bázi NiFe zvané invar a vykazuje nulový tepelný nárůst až do své Curieovy teploty.

Saturační magnetizace materiálu klesá při zahřívání na Curieovu teplotu v důsledku snížení velikosti uspořádání atomových magnetických momentů. Když se toto uspořádání a saturační magnetizace sníží, expanze objemu se také sníží spontánní magnetostrikcí a materiál se smrští.

V invarovém případě je tato kontrakce v důsledku spontánní magnetostrikční ztráty ekvivalentní expanzi způsobené běžnými metodami tepelné vibrace, a proto materiál ukáže, že nedochází k žádné změně rozměrů. Ale nad Curieovou teplotou normálně dochází k tepelné roztažnosti a již neexistuje žádné magnetické uspořádání.

Magnetostrikce indukovaná polem

Magnetostrikce indukovaná polem se vyskytuje hlavně z uspořádání magnetické domény na aplikaci aplikovaného pole. Materiál Terfenol vykazuje největší užitečnou magnetostrikci, což je směs Tb, Fe a Dy. Materiál Terfenol se používá pro snímače polohy, polní snímače, mechanické akční členy a reproduktory.

Magnetostrikční uspořádání (nebo) snímače zatížení jednoduše fungují tak, že kdykoli magnetostrikční materiál zažije napětí, změní se magnetizace materiálu. Obvykle ovladače Terfenol zahrnují tyč Terfenol, která je uspořádána pod tlakem tak, aby byly magnetické domény uspořádány kolmo k délce tyče. Kolem tyčinky Terfenol je použita cívka, na tyčinku je aplikováno pole pro seřazení domén po její délce.

Rozdíl mezi magnetostrikčním a piezoelektrickým měničem

Rozdíl mezi magnetostrikčním a piezoelektrickým měničem zahrnuje následující.

Jak vybrat magnetostrikční převodník?

Výběr magnetostrikčního snímače lze provést na základě níže uvedených specifikací.

• Tento snímač musí používat typ magnetického materiálu, aby mohl interagovat a mohl velmi přesně mapovat vzdálenosti.
• Převodník musí umožňovat bezkontaktní měření a měření bez opotřebení.
• Jeho rozsah musí být od 50 do 2500 mm.
• Jeho maximální rozlišení by mělo být přibližně 2 µm.
• Maximální linearita musí být ±0,01 %.
• Rychlost posuvu by měla být menší než 10 m/s.
• Analogový výstup je 0 až 10 V, 4 až 20 mA.
• 24 VDC ±20 % Napájecí napětí
• IP67 Třída ochrany
• Provozní teplota musí být v rozmezí -30..+75 °C.

Výhody a nevýhody

The výhody magnetostrikčního měniče zahrnout následující.

• Tyto převodníky jsou spolehlivé, bezúdržbové, výrazně snižují možnost provozních chyb a prostojů stroje
• Magnetostrikční snímače nemají kontaktní části, takže mají delší životnost.
• Ty jsou přesnější ve srovnání s převodníky s pevným kontaktem.
• Mají dobrou citlivost, kontrolu na dlouhou vzdálenost, trvanlivost, snadnou implementaci atd.

The nevýhody magnetostrikčního měniče zahrnout následující.

• Magnetostrikční měniče jsou drahé.
• Magnetostrikční převodník má omezení fyzické velikosti, takže je omezen na provoz při frekvencích nižších než 30 kHz.

Aplikace

The aplikace magnetostrikčního měniče zahrnout následující.

• Magnetostrikční převodník se používá pro měření polohy.
• Tento převodník hraje klíčovou roli při přeměně mechanické energie na energii magnetickou.
  Dříve bylo toto zařízení využíváno v různých aplikacích, které zahrnují měřiče momentu, hydrofony, sonarové skenovací zařízení, telefonní přijímače atd.
• V současné době se z něj vyrábí různá zařízení, jako jsou vysokovýkonné lineární motory, systémy regulace hluku nebo aktivní vibrace, lékařský a průmyslový ultrazvuk, polohovadla pro adaptivní optiku, čerpadla atd.
• Tyto převodníky jsou vyvinuty hlavně pro výrobu chirurgických nástrojů, chemického zpracování, zpracování materiálů a podvodních sonarů.
• Magnetostrikční snímače se používají pro měření krouticího momentu vyvíjeného rotačními hřídeli v pohyblivých částech strojů.
• Tato aplikace převodníku je rozdělena do dvou režimů; implikuje Jouleův efekt a ten druhý je Villariho efekt. Když se energie z magnetické na mechanickou přemění, pak se použije k vytvoření síly v případě aktuátorů a může být použita k detekci magnetického pole v případě senzorů. Pokud se změní energie z mechanické na magnetickou, použije se k detekci pohybu nebo síly.

Toto je tedy přehled magnetostrikčního měniče. Tento převodník se také nazývá magnetoelastický převodník. Tyto převodníky mají extrémně vysokou mechanickou vstupní impedanci a jsou vhodné pro měření velkých statických a dynamických sil, zrychlení a tlaku. Jsou silné v konstrukčních vlastnostech a když jsou tyto převodníky použity jako aktivní převodníky, výstupní impedance bude nízká. Zde je pro vás otázka, co je Magnetostrikce Jev?