Magnetoelastiset anturit

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 30. kesäkuuta 2018 tarkistetusta versiosta . vahvistus vaatii 1 muokkauksen .

Magnetoelastiset anturit (magnetoelastiset anturit) ovat mekaanisten voimien (taivutus, vääntö, puristus, jännitys), muodonmuutosten tai paineen muuntajia sähköisiksi suureiksi - jännitteiksi tai virroiksi. Magnetoelastisten antureiden toimintaperiaate perustuu magnetoelastiseen vaikutukseen .

Peruskäsitteet

Magnetoelastisissa antureissa käytetyillä ferromagneettisilla materiaaleilla on erilainen magneettisen läpäisevyyden riippuvuus mekaanisesta jännityksestä : esimerkiksi permalloyssa magneettinen permeabiliteetti vähenee vetovoiman kasvaessa, kun taas nikkelissä se kasvaa. Tämä johtuu erilaisesta magnetostriktiosta : permalloylla on positiivinen magnetostriktio (se pitenee magneettikentän vaikutuksesta), ja nikkelillä on negatiivinen magnetostriktio, ja joillakin ferromagneeteilla (esimerkiksi rauta ) on magnetostriktiomerkki riippuen magneettikentän suunnasta. magneettivuo suhteessa materiaalin kristallografiseen suuntaan. Kvantitatiivisesti magnetoelastisen anturin herkkyys ilmaistaan herkkyyskertoimella : $\mu$ $\sigma$ ${\displaystyle S_{m))$

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

missä - magneettisen permeabiliteetin lisäys - magneettisen permeabiliteetin itseisarvo - mekaaninen jännitys (puristus). $d\mu$ $\mu$ ${\displaystyle \sigma _{k))$

Erilaisia magnetoelastisia antureita

Magnetoelastiset anturit on jaettu:

toimintaperiaatteen mukaan:
- reagoi mekaanisiin rasituksiin muuttamalla magneettista läpäisevyyttä yhteen suuntaan (kuristin ja muuntajatyyppi)
- reagoida mekaanisiin jännityksiin muuttamalla magneettista permeabiliteettia kahdessa keskenään kohtisuorassa suunnassa (magnetoanisotrooppiset muuntimet, joita kutsutaan myös "puristusjohtimiksi").
suunnittelultaan:
- käämitys
- tuuleton (sähkövastus)
- selsyn- tyyppi (vääntömomentin näköinen)
koetun ponnistuksen tyypin mukaan:
- lineaarinen
- lineaarinen useissa tasoissa
- pyörivä

Kaasun magnetoelastinen anturi

Se on käämi, joka on asetettu panssari- tai sauvatyyppisestä ferromagneettisesta materiaalista olevaan ytimeen. Ulkoinen mekaaninen vaikutus ja mekaanisten jännitysten esiintyminen ytimessä muuttavat magneettista läpäisevyyttä , käämin induktanssia ja induktiivista resistanssia . Kun tällainen anturi kytketään sarjaan muuttuvan EMF-lähteen ja kuorman väliseen piiriin ja ytimeen kohdistetaan mekaaninen vaikutus, piirissä havaitaan virran muutos ja sen seurauksena muutos jännite kuorman yli. $\mu$ $L$ $j\omega L$ $minä$ $U$

Muuntajan magnetoelastinen anturi

Tämä anturi koostuu kahdesta käämistä, jotka on kierretty ytimeen, jolla on tarvittavat magnetoelastiset ominaisuudet, ja se on muuntaja , kun taas yksi käämeistä (ensisijainen) on kytketty muuttuvaan EMF-lähteeseen ja toinen (toissijainen) on kytketty kuormaan. Mekaanisten jännitysten esiintyminen sydämessä johtaa magneettisen permeabiliteetin muutokseen ja siten käämien välisen keskinäisen induktanssin muutokseen ja toisiokäämiin indusoituvaan erilaiseen jännitteeseen . $\mu$ $M$

On olemassa toisen tyyppinen muuntajan magnetoelastinen anturi - shunttimuuntajan magnetoelastinen anturi , jossa toisessa sydämen sauvassa on ensiökäämi, toisessa toisiokäämi, sydämen keskimmäisessä sauvassa ei ole käämiä (shunttitanko) ja koska polku koska magneettivuo shunttitangon läpi on lyhyempi ja shunttitangon poikkileikkaus on suurempi, se magneettivuo ensiökäämistä ei käytännössä mene tankoon toisiokäämin mukana, vaan kun shunttitankoon kohdistetaan voima (positiivisella magnetostriktiolla) sen magneettinen permeabiliteetti vähenee ja vuo alkaa sulkeutua tangon läpi toisiokäämillä, jossa jännite ilmestyy . $\Phi$ $U$

Differentiaalisen muuntajan magnetoelastisessa anturissa ensiökäämi sijaitsee keskimmäisessä sauvassa ja kahdessa sivutangossa on kaksi toisiokäämiä, joilla on samat parametrit, kun taas toisiokäämit kytketään päälle vastakkaisiin suuntiin, joten kuormituksella (ilman anturiin kohdistuvaa mekaanista rasitusta) kokonaisjännite on nolla, kun mekaaninen rasitus johonkin tangosta häiriintyy ja kuormaan ilmaantuu sähköjännite . $\sigma$ $U$

Mekaanisten jännitysten määrittämiseksi useissa tasoissa käämitykset asennetaan eri suuntiin magneettijärjestelmään.

Magnetoanisotrooppiset muuntimet (pressductors)

Puristusjohtimissa voima kohdistetaan sydämeen 45°:n suunnassa ensiö- ja toisiokäämien akseleihin nähden (jotka ovat kohtisuorassa toisiinsa nähden). Tällä rakenteella kuormittamattomassa sydämessä ensiökäämin virtaus ei peitä toisiokäämin kierroksia eikä jälkimmäiseen aiheudu EMF:ää, kun voimaa kohdistetaan sydämeen, magneettivuo peittää toisiokäämin kierrokset ja kuormaan ilmestyy signaali. $\Phi$ $w$

Elektrodikelaiset magnetoisotooppiset muuntimet

Elektrodikela-magnetoisotrooppisia muuntimia käytetään vääntömekaanisten voimien määrittämiseen. Tätä varten elektrodit kytketään ferromagneettiseen ytimeen, ja kun niihin johdetaan virta ulkoisesta piiristä, syntyy kiertäviä magneettivuuksia, jotka eivät ylitä ytimessä sijaitsevaa toisiokäämiä. Kun vääntövoimia käytetään, toisiokäämiin indusoituu EMF.

Magnetoelastiset sähkövastusanturit (tuuleton)

Tällaisissa antureissa mitataan itse ferromagneettisessa ytimessä oleva jännitehäviö: joihinkin reunoilla sijaitseviin elektrodeihin syötetään virtaa ulkoisesta virtalähteestä ja ulkoiseen mekaaniseen voimaan verrannollinen jännitehäviö poistetaan lähemmäs asennetuista parista. keskelle . $minä$ $U$

Selsyn magnetoelastiset anturit

Selsyn-antureissa on kaksi keskenään kohtisuoraa herätekäämiä, joista toinen sijaitsee herkän elementin päällä, johon voima kohdistetaan; ohjauskäämi on myös sijoitettu anturielementin uriin kiekon muodossa. Kun herkälle elementille kohdistetaan voima, käämien ja anturin roottori pyörii välillä vaihe-epätasapaino.

Kirjallisuus

V. B. Ginzburg. magneettiset anturit. - Moskova: Energia, 1970.