Przetwornik magnetostrykcyjny: schemat, typy, zalety i zastosowania

The przetwornik elektromechaniczny to urządzenie służące do przekształcania sygnału elektrycznego na fale dźwiękowe lub fali dźwiękowej na sygnał elektryczny. Te przetworniki są bardziej wszechstronne i zawierają urządzenia magnetostrykcyjne i piezoelektryczne. Obecnie w zastosowaniach ultradźwiękowych mocy stosowane są dwa podstawowe typy przetworników: magnetostrykcyjny i piezoelektryczny. A przetwornik piezoelektryczny wykorzystuje właściwości materiału piezoelektrycznego do zamiany energii elektrycznej na mechaniczną. Przetwornik magnetostrykcyjny wykorzystuje właściwości materiału magnetostrykcyjnego do przekształcania energii w energię mechaniczną w polu magnetycznym. Tutaj pole magnetyczne jest dostarczane przez cewkę z drutu, która jest pokryta wokół materiału magnetostrykcyjnego. W tym artykule omówiono przegląd a przetwornik magnetostrykcyjny – działanie i jego zastosowania.

Co to jest przetwornik magnetostrykcyjny?

Urządzenie, które służy do zmiany energii z energii mechanicznej na energię magnetyczną, jest znane jako przetwornik magnetostrykcyjny. The zasada działania przetwornika magnetostrykcyjnego wykorzystuje rodzaj materiału magnetycznego, w którym przyłożone oscylujące pole magnetyczne ściska atomy materiału, powoduje okresową zmianę długości materiału i wytwarza mechaniczne wibracje o wysokiej częstotliwości. Te typy przetworników są używane głównie w niższych zakresach częstotliwości i są bardzo powszechne w obróbce ultradźwiękowej i myjkach ultradźwiękowych.

Schemat ideowy przetwornika magnetostrykcyjnego

Działanie przetwornika magnetostrykcyjnego można opisać za pomocą następującego schematu. Ten diagram wyjaśnia wielkość odkształcenia wytwarzanego od zerowego do całkowitego namagnesowania. Jest to podzielone na dyskretne atrybuty mechaniczne i magnetyczne, które mają wpływ na indukcję magnetyczną i magnetostrykcyjne odkształcenie rdzenia.

W pierwszym przypadku, rysunek c pokazuje, kiedy pole magnetyczne nie jest przyłożone do materiału, wówczas zmiana długości również jest zerowa przy wytwarzanej indukcji magnetycznej. Wielkość pola magnetycznego (H) wzrasta do granic nasycenia (± Hsat). Zwiększa to odkształcenie osiowe do „esat”. Ponadto wartość namagnesowania zostanie zwiększona do wartości +Bsat pokazanej na rysunku e lub zmniejszona do wartości –Bsat pokazanej na rysunku.

Gdy wartość „Hs” osiąga punkt maksymalny, można osiągnąć indukcję magnetyczną i najwyższe nasycenie odkształceniem. Tak więc w tym momencie, jeśli spróbujemy zwiększyć wartość pola, nie zmieni to wartości namagnesowania ani pola urządzenia. Tak więc, gdy wartość pola osiągnie nasycenie, wartości odkształcenia i indukcji magnetycznej wzrosną i przesuną się od zewnętrznej części centralnej figury.

W drugim przypadku, gdy wartość „Hs” jest stała i jeśli zwiększymy wielkość siły działającej na materiał magnetostrykcyjny, wówczas ciśnienie ściskające w materiale wzrośnie na odwrotną stronę wraz ze spadkiem wartości odkształcenia osiowego i osiowego namagnesowania . Na rysunku c nie ma dostępnych linii strumienia z powodu zerowego namagnesowania, podczas gdy na rysunku. b & rysunek. d ma linie strumienia magnetycznego o znacznie mniejszej wielkości w oparciu o wyrównanie domeny magnetycznej w magnetostrykcyjnym sterowniku. Rysunek-a ma linie strumienia, ale ich przepływ będzie przebiegał w odwrotnym kierunku.

Postać. f pokazuje linie strumienia w oparciu o przyłożone pole „Hs” i układ domen magnetycznych. Tutaj wytwarzane linie strumienia są mierzone za pomocą efektu Halla. Tak więc ta wartość będzie proporcjonalna do siły lub naprężenia wejściowego.

Rodzaje przetworników magnetostrykcyjnych

Istnieją dwa rodzaje przetworników magnetostrykcyjnych; magnetostrykcja spontaniczna i magnetostrykcja indukowana polem.

Spontaniczna magnetostrykcja

Spontaniczna magnetostrykcja występuje w wyniku magnetycznego uporządkowania momentów atomowych w temperaturze Curie. Ten rodzaj magnetostrykcji jest wykorzystywany w stopie na bazie NiFe zwanym invarem i wykazuje zerowy wzrost temperatury aż do temperatury Curie.

Namagnesowanie nasycenia materiału zmniejsza się po podgrzaniu do temperatury Curie z powodu zmniejszenia się wielkości uporządkowania atomowych momentów magnetycznych. Kiedy ten układ i namagnesowanie nasycenia zmniejszają się, zmniejsza się również rozszerzanie objętości w wyniku spontanicznej magnetostrykcji i kurczenia się materiału.

W przypadku inwaru ten skurcz z powodu spontanicznej utraty magnetostrykcji jest równoważny rozszerzeniu spowodowanemu zwykłymi metodami wibracji termicznych, a zatem materiał wykaże, że nie ma zmian w wymiarach. Ale powyżej temperatury Curie zwykle występuje rozszerzalność cieplna i nie ma już żadnego uporządkowania magnetycznego.

Magnetostrykcja indukowana polem

Magnetostrykcja indukowana polem występuje głównie w wyniku układu domen magnetycznych w przyłożonym polu. Materiał Terfenol wykazuje największą użyteczną magnetostrykcję, która jest mieszanką Tb, Fe i Dy. Materiał terfenolowy jest wykorzystywany do czujników położenia, czujników pola, siłowników mechanicznych i głośników.

Układ magnetostrykcyjny (lub) czujniki obciążenia po prostu działają poprzez fakt, że za każdym razem, gdy materiał magnetostrykcyjny ulegnie naprężeniu, zmieni się namagnesowanie materiału. Zwykle siłowniki terfenolowe obejmują pręt terfenolowy, który jest umieszczony pod ciśnieniem, aby ustawić domeny magnetyczne na długości pręta prostopadle. Cewka jest używana wokół pręta terfenolu, do pręta przykładane jest pole w celu wyrównania domen na całej jego długości.

Różnica między przetwornikiem magnetostrykcyjnym a piezoelektrycznym

Różnica między przetwornikiem magnetostrykcyjnym a piezoelektrycznym obejmuje następujące elementy.

Jak wybrać przetwornik magnetostrykcyjny?

Doboru przetwornika magnetostrykcyjnego można dokonać na podstawie poniższych specyfikacji.

• Ten przetwornik musi wykorzystywać rodzaj materiału magnetycznego, aby mógł oddziaływać i bardzo dokładnie mapować odległości.
• Przetwornik musi umożliwiać pomiary bezkontaktowe i niezużywające się.
• Jego zakres musi wynosić od 50 do 2500 mm.
• Jego maksymalna rozdzielczość powinna wynosić około 2 µm.
• Maksymalna liniowość musi wynosić ±0,01%.
• Prędkość przemieszczania powinna być mniejsza niż 10 m/s.
• Wyjście analogowe to 0 do 10 V, 4 do 20 mA.
• Zasilanie 24 VDC ±20 %
• Stopień ochrony IP67
• Temperatura robocza musi mieścić się w zakresie -30..+75 °C.

Zalety i wady

The zalety przetwornika magnetostrykcyjnego zawierać następujące.

• Przetworniki te są niezawodne, bezobsługowe, znacznie zmniejszają ryzyko błędów operacyjnych i przestojów maszyn
• Przetworniki magnetostrykcyjne nie mają części kontaktowych, dzięki czemu mają dłuższą żywotność.
• Są one dokładniejsze w porównaniu ze stałymi przetwornikami kontaktowymi.
• Mają dobrą czułość, inspekcję dalekiego zasięgu, trwałość, łatwą implementację itp.

The Wady przetwornika magnetostrykcyjnego zawierać następujące.

• Przetworniki magnetostrykcyjne są drogie.
• Przetwornik magnetostrykcyjny ma fizyczne ograniczenia wielkości, więc jego działanie jest ograniczone do częstotliwości w przybliżeniu poniżej 30 kHz.

Aplikacje

The Zastosowania przetwornika magnetostrykcyjnego zawierać następujące.

• Do pomiaru położenia służy przetwornik magnetostrykcyjny.
• Przetwornik ten odgrywa kluczową rolę w przekształcaniu energii mechanicznej w energię magnetyczną.
  Wcześniej urządzenie to było wykorzystywane w różnych zastosowaniach, w tym w miernikach momentu obrotowego, hydrofonach, urządzeniach skanujących sonar, słuchawkach telefonicznych itp.
• Obecnie wykorzystuje się go do wykonywania różnych urządzeń, takich jak silniki liniowe dużej mocy, systemy tłumienia hałasu czy wibracji aktywnych, ultradźwięki medyczne i przemysłowe, pozycjonery do optyki adaptacyjnej, pompy itp.
• Przetworniki te są opracowywane głównie do produkcji narzędzi chirurgicznych, obróbki chemicznej, obróbki materiałów i sonaru podwodnego.
• Przetworniki magnetostrykcyjne służą do pomiaru momentu obrotowego wytwarzanego przez wały obrotowe w ruchomych częściach maszyn.
• Ta aplikacja przetwornika jest podzielona na dwa tryby; implikując efekt Joule'a, a drugi to efekt Villari. Kiedy energia magnetyczna jest przekształcana w energię mechaniczną, jest ona wykorzystywana do wytwarzania siły w przypadku siłowników i może być używana do wykrywania pola magnetycznego w przypadku czujników. Jeśli energia mechaniczna zostanie zmieniona na magnetyczną, zostanie wykorzystana do wykrycia ruchu lub siły.

Jest to zatem przegląd przetwornika magnetostrykcyjnego. Ten przetwornik jest również nazywany przetwornikiem magnetoelastycznym. Przetworniki te posiadają wyjątkowo wysoką mechaniczną impedancję wejściową i są odpowiednie do pomiaru dużych sił statycznych i dynamicznych, przyspieszenia i ciśnienia. Charakteryzują się mocnymi cechami konstrukcyjnymi, a gdy przetworniki te są używane jako przetworniki aktywne, impedancja wyjściowa będzie niska. Oto pytanie do ciebie, co to jest Magnetostrykcja Zjawisko?