Traductor magnetostrictiv: diagramă schematică, tipuri, avantaje și aplicații

The traductor electromecanic este un dispozitiv folosit pentru a converti fie un semnal electric în unde sonore, fie o undă sonoră într-un semnal electric. Aceste traductoare sunt mai versatile și conțin dispozitive magnetostrictive și piezoelectrice. În prezent, pentru aplicațiile cu ultrasunete de putere, există două modele de traductoare de bază utilizate magnetostrictiv și piezoelectric. A traductor piezoelectric folosește proprietatea unui material piezoelectric pentru a transforma energia din electrică în mecanică. Un traductor magnetostrictiv folosește proprietatea unui material magnetostrictiv pentru a converti energia în energie mecanică într-un câmp magnetic. Aici, câmpul magnetic este furnizat printr-o bobină de sârmă care este acoperită în jurul materialului magnetostrictiv. Deci, acest articol discută o prezentare generală a unui traductor magnetostrictiv – lucru și aplicațiile sale.

Ce este traductorul magnetostrictiv?

Un dispozitiv care este folosit pentru a schimba energia de la energie mecanică la energie magnetică este cunoscut sub numele de traductor magnetostrictiv. The Principiul de funcționare al traductorului magnetostrictiv folosește un tip de material magnetic în care un câmp magnetic oscilant aplicat va stoarce atomi a materialului, creează o schimbare periodică în lungimea materialului și produce o vibrație mecanică cu frecvență înaltă. Aceste tipuri de traductoare sunt utilizate în principal în intervalele de frecvență inferioare și acestea sunt foarte frecvente în aplicațiile de prelucrare cu ultrasunete și de curățare cu ultrasunete.

Diagrama schematică a traductorului magnetostrictiv

Funcționarea unui traductor magnetostrictiv poate fi descrisă folosind următoarea diagramă schematică. Această diagramă explică cantitatea de deformare produsă de la magnetizarea nulă la magnetizarea completă. Acesta este împărțit în atribute mecanice și magnetice discrete care sunt stabilite în efectul lor asupra inducției magnetice și a tensiunii miezului magnetostrictiv.

În primul caz, figura c arată când câmpul magnetic nu este aplicat materialului, atunci modificarea în lungime va fi, de asemenea, nulă cu inducția magnetică produsă. Cantitatea de câmp magnetic (H) este crescută până la limitele de saturație (±Hsat). Aceasta crește deformarea axială la „esat”. În plus, valoarea magnetizării va fi mărită la valoarea +Bsat prezentată în Figura-e sau se va reduce la –Bsat prezentată în figură.

Când valoarea „Hs” este la punctul său maxim, atunci poate fi atinsă inducția magnetică și cea mai mare saturație a deformarii. Deci, în acest moment, dacă încercăm să creștem valoarea câmpului, atunci nu va schimba valoarea de magnetizare sau câmpul dispozitivului. Deci, atunci când valoarea câmpului atinge saturația, atunci valorile de deformare și inducție magnetică vor crește și se vor muta din exteriorul figurii centrale.

În cel de-al doilea caz, când valoarea „Hs” este menținută fixă ​​și dacă creștem cantitatea de forță asupra materialului magnetostrictiv, atunci presiunea compresivă din material va crește pe partea inversă cu o scădere a deformarii axiale și a valorilor magnetizării axiale. . În figura-c, nu există linii de flux disponibile din cauza magnetizării nule, în timp ce în figura. b & figura. d are linii de flux magnetic de o magnitudine mult mai mică bazată pe alinierea domeniului magnetic în driverul magnetostrictiv. Figura-a are linii de flux, dar fluxul lor va fi în direcția inversă.

Figura. f arată liniile de flux bazate pe câmpul „Hs” aplicat și aranjamentul domeniului magnetic. Aici liniile de flux produse sunt măsurate cu principiul efectului Hall. Deci această valoare va fi proporțională cu forța sau forța de intrare.

Tipuri de traductoare magnetostrictive

Există două tipuri de traductoare magnetostrictive; magnetostricție spontană și magnetostricție indusă de câmp.

Magnetostricția spontană

Magnetostricția spontană are loc din ordonarea magnetică a momentelor atomice sub temperatura Curie. Acest tip de magnetostricție este utilizat în aliajul pe bază de NiFe numit invar și prezintă o creștere termică zero până la temperatura sa curie.

Magnetizarea de saturație a materialului scade la încălzirea la temperatura Curie din cauza scăderii cantității de aranjare a momentelor magnetice atomice. Când acest aranjament și magnetizarea de saturație se reduc, extinderea volumului scade și prin magnetostricția spontană și materialul se contractă.

În cazul invar, această contracție din cauza pierderii spontane de magnetostricție este echivalentă cu expansiunea cauzată prin metodele obișnuite de vibrație termică și, prin urmare, materialul va arăta că nu există nicio schimbare în dimensiuni. Dar peste temperatura Curie, în mod normal are loc o dilatare termică și nu mai există nicio ordonare magnetică.

Magnetostricție indusă de câmp

Magnetostricția indusă de câmp are loc în principal din aranjamentul domeniului magnetic pe o aplicație de câmp aplicată. Materialul Terfenol prezintă cea mai mare magnetostricție utilă, care este amestecul de Tb, Fe și Dy. Materialul terfenol este utilizat pentru senzori de poziție, senzori de câmp, actuatoare mecanice și difuzoare.

Senzorii de aranjament magnetostrictiv (sau) de sarcină funcționează pur și simplu prin faptul că, ori de câte ori un material magnetostrictiv suferă o tensiune, magnetizarea materialului se va schimba. De obicei, actuatoarele Terfenol includ o tijă Terfenol care este dispusă sub compresie pentru a aranja domeniile magnetice pe lungimea tijei în perpendicular. O bobină este utilizată în jurul tijei Terfenol, un câmp este aplicat tijei pentru a alinia domeniile pe lungimea sa.

Diferența dintre traductorul magnetostrictiv și piezoelectric

Diferența dintre un traductor magnetostrictiv și piezoelectric include următoarele.

Cum să alegi un traductor magnetostrictiv?

Selectarea unui traductor magnetostrictiv se poate face pe baza specificațiilor de mai jos.

• Acest traductor trebuie să folosească un tip de material magnetic astfel încât să poată interacționa și să poată mapa distanțe foarte exact.
• Traductorul trebuie să permită măsurători fără contact și fără uzură.
• Intervalul său trebuie să fie de la 50 la 2500 mm.
• Rezoluția sa maximă ar trebui să fie de aproximativ 2 µm.
• Liniaritatea maximă trebuie să fie de ±0,01 %.
• Viteza de deplasare trebuie să fie mai mică de 10 m/s.
• Ieșirea analogică este de la 0 la 10 V, de la 4 la 20 mA.
• 24 VDC ±20 % Tensiune de alimentare
• Clasa de protectie IP67
• Temperatura de funcționare trebuie să varieze între -30..+75 °C.

Avantaje și dezavantaje

The Avantajele unui traductor magnetostrictiv includ următoarele.

• Aceste traductoare sunt fiabile, nu necesită întreținere, reduc semnificativ potențialul de erori operaționale și timpul de oprire a mașinii
• Traductoarele magnetostrictive nu au părți de contact, deci au o viață mai lungă.
• Acestea sunt mai precise în comparație cu traductoarele cu contact fix.
• Au o sensibilitate bună, inspecție la distanță lungă, durabilitate, implementare ușoară etc.

The dezavantajele unui traductor magnetostrictiv includ următoarele.

• Traductoarele magnetostrictive sunt scumpe.
• Traductorul magnetostrictiv are limitări de dimensiune fizică, așa că este restricționat să funcționeze la frecvențe sub 30 kHz aproximativ.

Aplicații

The aplicații ale unui traductor magnetostrictiv includ următoarele.

• Traductorul magnetostrictiv este utilizat pentru măsurarea poziției.
• Acest traductor joacă un rol cheie în transformarea energiei mecanice în energie magnetică.
  Anterior, acest dispozitiv a fost utilizat în diferite aplicații, care includ contoare de cuplu, hidrofoane, dispozitive de scanare sonar, receptoare telefonice etc.
• În prezent, este utilizat pentru realizarea diferitelor dispozitive precum motoare liniare de forță mare, sisteme de control al zgomotului sau vibrații active, ultrasonice medicale și industriale, poziționare pentru optică adaptivă, pompe etc.
• Aceste traductoare sunt dezvoltate în principal pentru a face instrumente chirurgicale, procesare chimică, prelucrare a materialelor și sonare subacvatice.
• Traductoarele magnetostrictive sunt utilizate pentru măsurarea cuplului dezvoltat de arbori rotativi din piesele mobile ale mașinilor.
• Această aplicație de traductor este împărțită în două moduri; implicând efectul Joule și celălalt este efectul Villari. Când energia de la magnetic la mecanic este convertită, atunci este folosită pentru a produce forță în cazul actuatoarelor și poate fi folosită pentru a detecta un câmp magnetic în cazul senzorilor. Dacă energia de la mecanică la magnetică este schimbată, atunci este folosită pentru a detecta mișcarea sau forța.

Astfel, aceasta este o prezentare generală a traductorului magnetostrictiv. Acest traductor se mai numește și traductor magneto-elastic. Aceste traductoare posedă o impedanță mecanică de intrare extrem de mare și sunt adecvate pentru măsurarea forțelor statice și dinamice mari, a accelerației și a presiunii. Sunt puternice în caracteristici constructive și atunci când acești traductoare sunt utilizate ca traductoare active, impedanța de ieșire va fi scăzută. Iată o întrebare pentru tine, ce este Magnetostricție Fenomen?