De elektromekanisk givare är en enhet som används för att omvandla antingen en elektrisk signal till ljudvågor eller en ljudvåg till en elektrisk signal. Dessa givare är mer mångsidiga och innehåller magnetostriktiva och piezoelektriska enheter. För närvarande för kraftultraljudstillämpningar finns det två grundläggande givarkonstruktioner som används magnetostriktiva och piezoelektriska. A piezoelektrisk givare använder egenskapen hos ett piezoelektriskt material för att omvandla energi från elektrisk till mekanisk. En magnetostriktiv givare använder egenskapen hos ett magnetostriktivt material för att omvandla energi till mekanisk energi inom ett magnetfält. Här tillhandahålls magnetfältet genom en trådspole som täcks runt det magnetostriktiva materialet. Så den här artikeln diskuterar en översikt av en magnetostriktiv givare – arbete och dess tillämpningar.
Vad är Magnetostrictive Transducer?
En enhet som används för att ändra energin från mekanisk till magnetisk energi är känd som en magnetostriktiv givare. De magnetostriktiva givares arbetsprincip använder en typ av magnetiskt material där ett applicerat oscillerande magnetfält kommer att klämma ihop atomer av materialet, skapar en periodisk förändring inom materialets längd och producerar en mekanisk vibration med hög frekvens. Dessa typer av omvandlare används huvudsakligen i de lägre frekvensområdena och dessa är mycket vanliga i ultraljudsbearbetning och ultraljudsrengörare.
Schematiskt diagram för magnetostriktiva omvandlare
Funktionen av en magnetostriktiv givare kan beskrivas med hjälp av följande schematiska diagram. Detta diagram förklarar töjningsmängden som produceras från noll till fullständig magnetisering. Detta är uppdelat i diskreta mekaniska och magnetiska attribut som är inställda i sin effekt på den magnetiska induktionen och magnetostriktiva kärntöjningen.
I det första fallet visar figur c när magnetfältet inte appliceras på materialet, då är längdförändringen också noll med den magnetiska induktionen som produceras. Magnetfältsmängden (H) ökas till dess mättnadsgränser (±Hsat). Detta ökar den axiella töjningen till 'esat'. Dessutom kommer magnetiseringsvärdet att ökas till +Bsat-värdet som visas i figur-e eller minskas till –Bsat som visas i figuren.
När 'Hs'-värdet är vid sin maximala punkt, kan den magnetiska induktionen och högsta töjningsmättnaden uppnås. Så vid denna tidpunkt, om vi försöker öka fältvärdet, kommer det inte att ändra magnetiseringsvärdet eller fältet för enheten. Så när fältvärdet träffar mättnad, kommer töjnings- och magnetisk induktionsvärden att öka och flytta från den centrala figuren utåt.
I det andra fallet, när 'Hs'-värdet hålls fixerat och om vi höjer mängden kraft på det magnetostriktiva materialet, kommer trycktrycket i materialet att stiga till baksidan med en minskning av axialspänningen och axialmagnetiseringsvärdena . I figur-c finns det inga flödeslinjer tillgängliga på grund av nollmagnetisering medan i figur. b & figur. d har magnetiska flödeslinjer av mycket mindre storlek baserat på den magnetiska domäninriktningen i den magnetostriktiva drivenheten. Figur-a har flödeslinjer men deras flöde kommer att vara i motsatt riktning.
Figur. f visar flödeslinjerna baserat på det applicerade 'Hs'-fältet och det magnetiska domänarrangemanget. Här mäts de producerade flödeslinjerna med Hall Effect-principen. Så detta värde kommer att vara proportionellt mot kraften eller ingående töjning.
Typer av magnetostriktiva givare
Det finns två typer av magnetostriktiva givare; spontan magnetostriktion och fältinducerad magnetostriktion.
Spontan magnetostriktion
Spontan magnetostriktion uppstår från den magnetiska ordningen av atommoment under Curie-temperaturen. Denna typ av magnetostriktion används i den NiFe-baserade legeringen som kallas invar och den visar noll termisk ökning upp till dess curie-temperatur.
Materialets mättnadsmagnetisering minskar vid uppvärmning till Curie-temperaturen på grund av en minskning inom mängden arrangemang av de atomära magnetiska momenten. När detta arrangemang och mättnadsmagnetiseringen minskar, minskar volymexpansionen också genom den spontana magnetostriktionen och materialet drar ihop sig.
I invar-fallet är denna sammandragning på grund av spontan magnetostriktionsförlust likvärdig med expansionen som orsakas av vanliga termiska vibrationsmetoder och därför kommer materialet att visa att det inte finns någon förändring inom dimensionerna. Men över Curie-temperaturen sker normalt termisk expansion och det finns inte längre någon magnetisk ordning.
Fältinducerad magnetostriktion
Fältinducerad magnetostriktion uppstår huvudsakligen från det magnetiska domänarrangemanget på en applicerad fältapplikation. Terfenolmaterialet visar den största användbara magnetostriktionen, som är blandningen av Tb, Fe och Dy. Terfenolmaterial används för positionssensorer, fältsensorer, mekaniska ställdon och högtalare.
Magnetostriktiva arrangemang (eller) belastningssensorer fungerar helt enkelt genom det faktum att närhelst ett magnetostriktivt material upplever en påkänning, kommer materialets magnetisering att förändras. Vanligtvis inkluderar Terfenol-ställdon en Terfenol-stav som är anordnad under kompression för att arrangera de magnetiska domänerna till stavlängden vinkelrätt. En spole används runt Terfenol-staven, ett fält appliceras på staven för att rada upp domänerna genom dess längd.
Skillnaden mellan magnetostriktiv och piezoelektrisk givare
Skillnaden mellan en magnetostriktiv och piezoelektrisk givare inkluderar följande.
|
Magnetostriktiv givare |
Piezoelektrisk givare |
| En magnetostriktionsgivare är en enhet som används för att omvandla energi från mekanisk till magnetisk energi och vice versa.
|
En piezoelektrisk sensor är en enhet som används för att mäta förändringar inom acceleration, tryck, temperatur, kraft eller spänning genom att ändra dem till en elektrisk laddning. |
| Den magnetostriktiva givaren inkluderar ett stort antal nickelplattor eller lamineringar.
|
Den piezoelektriska givaren inkluderar en enkel eller dubbel tjock piezoelektrisk keramisk materialskiva, normalt PZT (Lead Zirconate Titanate). |
| Konceptet med detta är att ändra dimensionen eller formen på ett magnetiskt material vid magnetisering. | Konceptet med detta är ackumulering av elektrisk laddning genom att applicera mekaniskt tryck. |
| Denna givare är mindre känslig jämfört med den piezoelektriska givaren på grund av jordens magnetfältsverkan. | Denna givare är känsligare. |
| Denna givare använder den magnetostriktiva materialegenskapen. | Denna givare använder den piezoelektriska materialegenskapen. |
| Slagmönstret är elliptiskt. | Slagmönstret är linjärt. |
| Frekvensområdet är 20 till 40 kHz. | Frekvensområdet är 29 till 50 kHz. |
| Den aktiva spetsarean är 2,3 mm till 3,5 mm. | Det aktiva spetsområdet är 4,3 mm baserat på frekvens. |
Hur väljer man en magnetostriktiv givare?
Valet av en magnetostriktiv givare kan göras baserat på specifikationerna nedan.
- Denna givare måste använda en typ av magnetiskt material så att den kan interagera och kan kartlägga avstånd mycket exakt.
- Givaren måste tillåta kontaktfria och slitagefria mätningar.
- Dess räckvidd måste vara från 50 till 2500 mm.
- Dess maximala upplösning bör vara cirka 2 µm.
- Maximal linearitet måste vara ±0,01 %.
- Förskjutningshastigheten bör vara mindre än 10 m/s.
- Analog utgång är 0 till 10 V, 4 till 20 mA.
- 24 VDC ±20 % Spänningsförsörjning
- IP67 Skyddsklass
- Driftstemperaturen måste variera från -30...+75 °C.
Fördelar och nackdelar
De fördelarna med en magnetostriktiv givare inkluderar följande.
- Dessa givare är pålitliga, underhållsfria och minskar risken för driftfel och maskinstopp avsevärt
- Magnetostriktiva givare har inga kontaktdelar, så de har längre livslängd.
- Dessa är mer exakta jämfört med givare med fast kontakt.
- De har bra känslighet, långdistansinspektion, hållbarhet, enkel implementering osv.
De nackdelar med en magnetostriktiv givare inkluderar följande.
- Magnetostriktiva givare är dyra.
- Den magnetostriktiva givaren har fysiska storleksbegränsningar, så den är begränsad till att fungera vid ungefär 30 kHz frekvenser.
Ansökningar
De tillämpningar av en magnetostriktiv givare inkluderar följande.
- Den magnetostriktiva givaren används för positionsmätning.
- Denna givare spelar en nyckelroll för att omvandla mekanisk energi till magnetisk energi.
Tidigare användes denna enhet i olika applikationer som inkluderar vridmomentmätare, hydrofoner, ekolodsavsökningsenheter, telefonmottagare, etc. - För närvarande används den för att tillverka olika enheter som linjärmotorer med hög kraft, bullerkontrollsystem eller aktiv vibration, medicinsk och industriell ultraljud, lägesställare för adaptiv optik, pumpar, etc.
- Dessa givare är främst utvecklade för att göra kirurgiska verktyg, kemisk bearbetning, materialbearbetning och undervattensekolod.
- De magnetostriktiva omvandlarna används för att mäta vridmoment utvecklat av roterande axlar i de rörliga delarna av maskiner.
- Denna omvandlarapplikation är uppdelad i två lägen; antyder Joule-effekten och den andra är Villari-effekten. När energin från magnetisk till mekanisk omvandlas används den för att producera kraft i fallet med ställdon och kan användas för att detektera ett magnetiskt fält i fallet med sensorer. Om energin från mekanisk till magnetisk ändras används den för att detektera rörelse eller kraft.
Detta är alltså en översikt över den magnetostriktiva givaren. Denna givare kallas även en magneto-elastisk givare. Dessa givare har extremt hög mekanisk ingångsimpedans och är lämpliga för mätning av stora statiska och dynamiska krafter, acceleration och tryck. De är starka i konstruktionsegenskaper och när dessa givare används som aktiva givare blir utgångsimpedansen låg. Här är en fråga till dig, vad är det Magnetostriktion Fenomen?
