Magneto-elastiske sensorer

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 30. juni 2018; verifikation kræver 1 redigering .

Magneto-elastiske sensorer (magnetoelastiske transducere) er omformere af mekaniske kræfter (bøjning, vridning, kompression, spænding), deformationer eller tryk til elektriske størrelser - spænding eller strøm. Funktionsprincippet for magnetoelastiske sensorer er baseret på den magnetoelastiske effekt .

Grundlæggende begreber

Ferromagnetiske materialer, der anvendes i magnetoelastiske sensorer, har en anden afhængighed af magnetisk permeabilitet på mekanisk belastning : for eksempel i permalloy , med stigende trækkraft, falder den magnetiske permeabilitet, mens den i nikkel øges. Dette skyldes forskellig magnetostriktion : permalloy har en positiv magnetostriktion (den forlænges under påvirkning af et magnetfelt), og nikkel har en negativ magnetostriktion, og nogle ferromagneter (f.eks. jern ) har et magnetostriktionstegn afhængigt af retningen af magnetisk flux i forhold til materialets krystallografiske retning. Kvantitativt er følsomheden af en magnetoelastisk sensor udtrykt ved følsomhedskoefficienten : $\mu$ $\sigma$ ${\displaystyle S_{m))$

{\displaystyle S_{m}={\frac {\pm d\mu }{\mu \cdot \sigma _{k))))

hvor - stigning i magnetisk permeabilitet - absolut værdi af magnetisk permeabilitet - mekanisk spænding (kompression). $d\mu$ $\mu$ ${\displaystyle \sigma _{k))$

Varianter af magnetoelastiske sensorer

Magneto-lastiske sensorer er opdelt i:

efter handlingsprincippet:
- reagerer på mekaniske spændinger ved at ændre den magnetiske permeabilitet i én retning (choke- og transformatortype)
- reagerer på mekaniske spændinger ved at ændre den magnetiske permeabilitet i to indbyrdes vinkelrette retninger (magnetoanisotrope transducere, ellers kaldet "pressduktorer").
af design:
- snoet
- vindstille (elektrisk modstand)
- selsyn type (med udseendet af drejningsmoment)
alt efter typen af opfattet indsats:
- lineær
- lineær i flere planer
- roterende

Gasspjæld magnetoelastisk sensor

Det er en vikling sat på en kerne af ferromagnetisk materiale af panser- eller stangtype. Med ekstern mekanisk påvirkning og forekomsten af mekaniske spændinger i kernen er der en ændring i magnetisk permeabilitet , viklingsinduktans og induktiv modstand . Når en sådan sensor er forbundet i serie i kredsløbet mellem den variable EMF-kilde og belastningen, og en mekanisk handling påføres kernen, vil en ændring i strømmen i kredsløbet blive observeret, og som et resultat heraf en ændring i spænding over belastningen. $\mu$ $L$ $j\omega L$ $jeg$ $U$

Transformer magnetoelastisk sensor

Denne sensor består af to viklinger viklet på en kerne med de nødvendige magnetoelastiske egenskaber og er en transformer , mens en af viklingerne (primær) er forbundet til en variabel EMF-kilde, og den anden (sekundær) er forbundet til belastningen. Forekomsten af mekaniske spændinger i kernen fører til en ændring i den magnetiske permeabilitet og derfor til en ændring i den gensidige induktans mellem viklingerne og en anden spænding induceret i sekundærviklingen. $\mu$ $M$

Der er en anden type transformer magnetoelastisk sensor - shunt transformer magnetoelastisk sensor , hvor der er en primær vikling på den ene kernestang, en sekundær vikling på den anden, kernens midterste stang har ingen vikling (shuntstang) og da stien for den magnetiske flux gennem shuntstangen er kortere, og tværsnittet af shuntstangen er større, at magnetisk flux fra primærviklingen praktisk talt ikke kommer ind i stangen med sekundærviklingen, men når en kraft påføres shuntstangen (med positiv magnetostriktion) falder dens magnetiske permeabilitet, og fluxen begynder at lukke gennem stangen med den sekundære vikling, i hvilken spænding vises . $\Phi$ $U$

I en differentialtransformator magnetoelastisk sensor er den primære vikling placeret på den midterste stang, og på de to sidestænger er der to sekundære viklinger med de samme parametre, mens de sekundære viklinger er tændt i modsatte retninger, derfor ved belastningen (uden at påføre sensoren mekanisk belastning), er den samlede spænding nul, når mekanisk belastning på en af stængerne forstyrres balancen, og der opstår en elektrisk spænding på belastningen . $\sigma$ $U$

For at bestemme de mekaniske spændinger i flere planer er viklingerne med kerner installeret i forskellige retninger i det magnetiske system.

Magnetoanisotropiske transducere (pressduktorer)

I presduktorer påføres kraften på kernen i retning af 45° til akserne for de primære og sekundære viklinger (som er vinkelrette på hinanden). Med dette design, i en ubelastet kerne, dækker strømmen af primærviklingen ikke sekundærviklingens vindinger, og der induceres ingen EMF i sidstnævnte, når kraft påføres kernen, dækker den magnetiske flux vindingerne i sekundærviklingen og et signal vises på lasten. $\Phi$ $w$

Elektrode-spole magnetoisotopiske transducere

Elektrode-spole magnetoisotrope transducere bruges til at bestemme mekaniske vridningskræfter. For at gøre dette er elektroder forbundet til den ferromagnetiske kerne, og når der påføres strøm til dem fra et eksternt kredsløb, skabes cirkulerende magnetiske fluxer, der ikke krydser den sekundære vikling placeret på kernen. Når der påføres vridningskræfter, induceres en EMF i sekundærviklingen.

Magneto-lastiske elektriske modstandssensorer (vindstille)

I sådanne sensorer måles spændingsfaldet på selve den ferromagnetiske kerne: strøm tilføres til nogle elektroder placeret ved kanterne fra en ekstern strømkilde , og et spændingsfald proportionalt med den eksterne mekaniske kraft fjernes fra et par andre, der er installeret tættere på til midten . $jeg$ $U$

Selsyn magnetoelastiske sensorer

Selsyn-sensorer har to indbyrdes vinkelrette excitationsviklinger, hvoraf den ene er placeret på det følsomme element, som kraften påføres; styreviklingen er også placeret i rillerne på følerelementet i form af en skive. Når en kraft påføres det følsomme element, opstår der en faseubalance mellem viklingerne og sensorrotorens drejninger.

Litteratur

V. B. Ginzburg. magnetiske sensorer. - Moskva: Energi, 1970.