Magnetostrikčný prevodník: Schematický diagram, typy, výhody a jeho aplikácie

The elektromechanický prevodník je zariadenie používané na premenu buď elektrického signálu na zvukové vlny alebo zvukovej vlny na elektrický signál. Tieto prevodníky sú všestrannejšie a obsahujú magnetostrikčné a piezoelektrické zariadenia. V súčasnosti sa pre výkonové ultrazvukové aplikácie používajú dva základné konštrukcie meničov magnetostrikčné a piezoelektrické. A piezoelektrický menič využíva vlastnosť piezoelektrického materiálu na premenu energie z elektrickej na mechanickú. Magnetostrikčný prevodník využíva vlastnosť magnetostrikčného materiálu na premenu energie na mechanickú energiu v magnetickom poli. Tu je magnetické pole poskytované cez cievku drôtu, ktorá je pokrytá okolo magnetostrikčného materiálu. Tento článok teda pojednáva o prehľade a magnetostrikčný prevodník - práca a jej aplikácie.

Čo je magnetostrikčný prevodník?

Zariadenie, ktoré sa používa na zmenu energie z mechanickej na magnetickú energiu, je známe ako magnetostrikčný prevodník. The princíp činnosti magnetostrikčného prevodníka používa typ magnetického materiálu, kde aplikované oscilujúce magnetické pole stlačí atómov materiálu, vytvára periodickú zmenu v rámci dĺžky materiálu a vytvára mechanické vibrácie s vysokou frekvenciou. Tieto typy prevodníkov sa používajú hlavne v nižších frekvenčných rozsahoch a sú veľmi bežné v aplikáciách ultrazvukového obrábania a ultrazvukových čističiek.

Schéma magnetostrikčného prevodníka

Fungovanie magnetostrikčného prevodníka možno opísať pomocou nasledujúceho schematického diagramu. Tento diagram vysvetľuje množstvo napätia vytvoreného od nuly po úplnú magnetizáciu. Toto je rozdelené na diskrétne mechanické a magnetické atribúty, ktoré sú nastavené v ich účinku na magnetickú indukciu a magnetostrikčné napätie jadra.

V prvom prípade obrázok c ukazuje, keď magnetické pole nie je aplikované na materiál, potom je zmena v dĺžke tiež nulová s vytvorenou magnetickou indukciou. Veľkosť magnetického poľa (H) sa zvýši na limity saturácie (±Hsat). To zvyšuje axiálne napätie na „esat“. Okrem toho sa hodnota magnetizácie zvýši na hodnotu +Bsat zobrazenú na obrázku-e alebo sa zníži na hodnotu –Bsat zobrazenú na obrázku.

Keď je hodnota „Hs“ na svojom maximálnom bode, potom je možné dosiahnuť magnetickú indukciu a najvyššiu saturáciu napätia. Takže v tomto bode, ak sa pokúsime zvýšiť hodnotu poľa, nezmení to hodnotu magnetizácie alebo pole zariadenia. Takže, keď hodnota poľa dosiahne saturáciu, hodnoty napätia a magnetickej indukcie sa zvýšia a budú sa pohybovať smerom von od centrálnej postavy.

V druhom prípade, keď je hodnota 'Hs' udržiavaná napevno a ak zvýšime množstvo sily na magnetostrikčný materiál, potom kompresný tlak v materiáli vzrastie na opačnú stranu s poklesom hodnôt axiálneho napätia a axiálnej magnetizácie. . Na obrázku c nie sú k dispozícii žiadne čiary toku kvôli nulovej magnetizácii, zatiaľ čo na obrázku. b a obrázok. d má čiary magnetického toku oveľa menšej veľkosti na základe usporiadania magnetickej domény v magnetostrikčnom ovládači. Obrázok-a má čiary toku, ale ich tok bude v opačnom smere.

Obrázok. f ukazuje čiary toku založené na aplikovanom poli „Hs“ a usporiadaní magnetickej domény. Tu sú vytvorené čiary toku merané na princípe Hallovho efektu. Takže táto hodnota bude úmerná sile alebo vstupnému namáhaniu.

Typy magnetostrikčných prevodníkov

Existujú dva typy magnetostrikčných prevodníkov; spontánna magnetostrikcia a poľom indukovaná magnetostrikcia.

Spontánna magnetostrikcia

Spontánna magnetostrikcia nastáva z magnetického usporiadania atómových momentov pod Curieovou teplotou. Tento typ magnetostrikcie sa používa v zliatine na báze NiFe nazývanej invar a vykazuje nulový tepelný nárast až do svojej Curieovej teploty.

Saturačná magnetizácia materiálu klesá pri zahrievaní na Curieovu teplotu v dôsledku zníženia množstva usporiadania atómových magnetických momentov. Keď sa toto usporiadanie a saturačná magnetizácia zníži, expanzia objemu sa tiež zníži spontánnou magnetostrikciou a materiál sa stiahne.

V invarovom prípade je táto kontrakcia v dôsledku spontánnej magnetostrikčnej straty ekvivalentná expanzii spôsobenej bežnými metódami tepelnej vibrácie, a preto materiál ukáže, že v rozmeroch nedochádza k žiadnej zmene. Ale nad Curieho teplotou normálne dochádza k tepelnej expanzii a už neexistuje žiadne magnetické usporiadanie.

Magnetostrikcia indukovaná poľom

Magnetostrikcia indukovaná poľom sa vyskytuje hlavne z usporiadania magnetickej domény na aplikovanom poli. Materiál Terfenol vykazuje najväčšiu užitočnú magnetostrikciu, čo je zmes Tb, Fe a Dy. Materiál Terfenol sa používa pre snímače polohy, snímače poľa, mechanické ovládače a reproduktory.

Magnetostrikčné usporiadanie (alebo) snímače zaťaženia jednoducho fungujú tak, že vždy, keď magnetostrikčný materiál zažije napätie, magnetizácia materiálu sa zmení. Zvyčajne ovládače Terfenol obsahujú tyčinku Terfenol, ktorá je usporiadaná pod tlakom, aby sa magnetické domény usporiadali kolmo na dĺžku tyče. Okolo tyčinky Terfenol sa používa cievka, na tyčinku sa aplikuje pole, aby sa domény zoradili po jej dĺžke.

Rozdiel medzi magnetostrikčným a piezoelektrickým prevodníkom

Rozdiel medzi magnetostrikčným a piezoelektrickým meničom zahŕňa nasledovné.

Ako si vybrať magnetostrikčný prevodník?

Výber magnetostrikčného prevodníka je možné vykonať na základe špecifikácií uvedených nižšie.

• Tento prevodník musí používať typ magnetického materiálu, aby mohol interagovať a mohol veľmi presne mapovať vzdialenosti.
• Prevodník musí umožňovať bezkontaktné merania a merania bez opotrebovania.
• Jeho rozsah musí byť od 50 do 2500 mm.
• Jeho maximálne rozlíšenie by malo byť približne 2 µm.
• Maximálna linearita musí byť ±0,01 %.
• Rýchlosť posuvu by mala byť menšia ako 10 m/s.
• Analógový výstup je 0 až 10 V, 4 až 20 mA.
• 24 V DC ±20 % Napätie
• IP67 Trieda ochrany
• Prevádzková teplota musí byť v rozsahu -30..+75 °C.

Výhody a nevýhody

The výhody magnetostrikčného prevodníka zahŕňajú nasledujúce.

• Tieto prevodníky sú spoľahlivé, bezúdržbové, výrazne znižujú možnosť prevádzkových chýb a prestojov stroja
• Magnetostrikčné prevodníky nemajú kontaktné časti, takže majú dlhšiu životnosť.
• Tieto sú presnejšie v porovnaní s prevodníkmi s pevným kontaktom.
• Majú dobrú citlivosť, kontrolu na veľké vzdialenosti, odolnosť, jednoduchú implementáciu atď.

The nevýhody magnetostrikčného prevodníka zahŕňajú nasledujúce.

• Magnetostrikčné prevodníky sú drahé.
• Magnetostrikčný prevodník má obmedzenia týkajúce sa fyzickej veľkosti, takže je obmedzený na prevádzku pri frekvenciách pod 30 kHz približne.

Aplikácie

The aplikácie magnetostrikčného prevodníka zahŕňajú nasledujúce.

• Magnetostrikčný prevodník sa používa na meranie polohy.
• Tento prevodník hrá kľúčovú úlohu pri premene mechanickej energie na magnetickú energiu.
  Predtým sa toto zariadenie využívalo v rôznych aplikáciách, medzi ktoré patria merače krútiaceho momentu, hydrofóny, sonarové skenovacie zariadenia, telefónne prijímače atď.
• V súčasnosti sa používa na výrobu rôznych zariadení, ako sú vysokovýkonné lineárne motory, systémy na reguláciu hluku alebo aktívne vibrácie, lekárske a priemyselné ultrazvukové zariadenia, polohovacie zariadenia pre adaptívnu optiku, čerpadlá atď.
• Tieto prevodníky sú vyvinuté hlavne na výrobu chirurgických nástrojov, chemického spracovania, spracovania materiálov a podvodných sonarov.
• Magnetostrikčné prevodníky sa používajú na meranie krútiaceho momentu vyvíjaného rotačnými hriadeľmi v rámci pohyblivých častí strojov.
• Táto aplikácia prevodníka je rozdelená do dvoch režimov; čo znamená Jouleov efekt a druhý je Villariho efekt. Keď sa energia z magnetickej na mechanickú premení, potom sa použije na vytvorenie sily v prípade ovládačov a môže sa použiť na detekciu magnetického poľa v prípade snímačov. Ak sa zmení energia z mechanickej na magnetickú, potom sa použije na detekciu pohybu alebo sily.

Toto je prehľad magnetostrikčného prevodníka. Tento prevodník sa tiež nazýva magnetoelastický prevodník. Tieto prevodníky majú extrémne vysokú mechanickú vstupnú impedanciu a sú vhodné na meranie veľkých statických a dynamických síl, zrýchlenia a tlaku. Sú silné v konštrukčných vlastnostiach a keď sa tieto prevodníky použijú ako aktívne prevodníky, výstupná impedancia bude nízka. Tu je otázka pre vás, čo je Magnetostrikcia Fenomén?