The elektromehāniskais pārveidotājs ir ierīce, ko izmanto, lai pārveidotu elektrisko signālu skaņas viļņos vai skaņas vilni elektriskā signālā. Šie devēji ir daudzpusīgāki un satur magnetostriktīvas un pjezoelektriskas ierīces. Pašlaik jaudas ultraskaņas lietojumiem ir divi galvenie devēju modeļi, ko izmanto magnetostriktīvi un pjezoelektriski. A pjezoelektriskais devējs izmanto pjezoelektriskā materiāla īpašību enerģijas pārvēršanai no elektriskās uz mehānisko. Magnetostriktīvais devējs izmanto magnetostriktīva materiāla īpašību, lai magnētiskajā laukā pārvērstu enerģiju mehāniskā enerģijā. Šeit magnētiskais lauks tiek nodrošināts caur stieples spoli, kas ir pārklāta ap magnetostriktīvo materiālu. Tātad šajā rakstā ir aplūkots pārskats par a magnetostriktīvs devējs – darbs un tā pielietojumi.
Kas ir magnetostriktīvais devējs?
Ierīce, ko izmanto, lai mainītu enerģiju no mehāniskās uz magnētisko enerģiju, ir pazīstama kā magnetostriktīvs devējs. The Magnetostriktīvā devēja darbības princips izmanto magnētiskā materiāla veidu, kur pielietotais oscilējošais magnētiskais lauks izspiedīs atomi materiāla garumā, rada periodiskas izmaiņas materiāla garumā un rada mehānisku vibrāciju ar augstu frekvenci. Šāda veida devējus galvenokārt izmanto zemākos frekvenču diapazonos, un tie ir ļoti izplatīti ultraskaņas apstrādes un ultraskaņas tīrītāju lietojumos.
Magnetostriktīvā devēja shematiskā diagramma
Magnetostriktīvā devēja darbību var aprakstīt, izmantojot šādu shematisku diagrammu. Šī diagramma izskaidro deformācijas apjomu, kas iegūts no nulles līdz pilnīgai magnetizācijai. Tas ir sadalīts atsevišķos mehāniskos un magnētiskos atribūtos, kas tiek noteikti pēc to ietekmes uz magnētisko indukciju un magnetostriktīvo serdes deformāciju.
Pirmajā gadījumā c attēlā parādīts, kad materiālam netiek pielietots magnētiskais lauks, tad garuma izmaiņas arī ir nulles ar radīto magnētisko indukciju. Magnētiskā lauka apjoms (H) tiek palielināts līdz tā piesātinājuma robežām (± Hsat). Tas palielina aksiālo deformāciju līdz “esat”. Turklāt magnetizācijas vērtība tiks palielināta līdz +Bsat vērtībai, kas parādīta attēlā-e, vai samazināta līdz -Bsat, kas parādīta attēlā.
Kad “Hs” vērtība ir maksimālajā punktā, var sasniegt magnētisko indukciju un augstāko deformācijas piesātinājumu. Tātad šajā brīdī, ja mēs mēģināsim palielināt lauka vērtību, tas nemainīs ierīces magnetizācijas vērtību vai lauku. Tātad, kad lauka vērtība sasniedz piesātinājumu, deformācijas un magnētiskās indukcijas vērtības palielināsies un virzīsies no centrālās figūras uz āru.
Otrajā gadījumā, kad 'Hs' vērtība tiek saglabāta nemainīga un ja mēs paaugstinām spēka daudzumu uz magnetostriktīvo materiālu, tad spiedes spiediens materiālā pieaugs uz pretējo pusi, samazinoties aksiālās deformācijas un aksiālās magnetizācijas vērtībām. . Attēlā c nav pieejamas plūsmas līnijas nulles magnetizācijas dēļ, savukārt attēlā. b un figūra. d magnētiskās plūsmas līnijas ir daudz mazākas, pamatojoties uz magnētiskā domēna izlīdzināšanu magnetostriktīvajā draiverī. Attēlā-a ir plūsmas līnijas, bet to plūsma būs pretējā virzienā.
attēls. f parāda plūsmas līnijas, pamatojoties uz pielietoto “Hs” lauku un magnētiskā domēna izkārtojumu. Šeit izveidotās plūsmas līnijas tiek mērītas ar Hallas efekta principu. Tātad šī vērtība būs proporcionāla spēkam vai ievades deformācijai.
Magnetostriktīvo devēju veidi
Ir divu veidu magnetostriktīvie devēji; spontāna magnetostrikcija un lauka izraisīta magnetostrikcija.
Spontāna magnetostrikcija
Spontāna magnetostrikcija rodas no atomu momentu magnētiskās sakārtošanas Kirī temperatūrā. Šis magnetostrikcijas veids tiek izmantots sakausējumā uz NiFe bāzes, ko sauc par invar, un tas neuzrāda nulles termisko pieaugumu līdz tā kirī temperatūrai.
Materiāla piesātinājuma magnetizācija samazinās, karsējot līdz Kirī temperatūrai, jo samazinās atomu magnētisko momentu izvietojums. Kad šis izkārtojums un piesātinājuma magnetizācija samazinās, spontānas magnetostrikcijas un materiāla kontrakciju rezultātā samazinās arī tilpuma paplašināšanās.
Invar gadījumā šī kontrakcija spontānas magnetostrikcijas zuduma dēļ ir līdzvērtīga izplešanās, ko izraisa parastās termiskās vibrācijas metodes, un tādējādi materiāls parādīs, ka izmēri nemainās. Bet virs Kirī temperatūras parasti notiek termiskā izplešanās, un vairs nav magnētiskas secības.
Lauka izraisīta magnetostrikcija
Lauka izraisīta magnetostrikcija galvenokārt rodas no magnētiskā domēna izvietojuma pielietotā lauka lietojumā. Terfenola materiālam ir vislielākā noderīgā magnetostrikcija, kas ir Tb, Fe un Dy maisījums. Terfenola materiāls tiek izmantots pozīcijas sensoriem, lauka sensoriem, mehāniskiem izpildmehānismiem un skaļruņiem.
Magnetostriktīvā izkārtojuma (vai) slodzes sensori vienkārši darbojas ar to, ka ikreiz, kad magnetostriktīvs materiāls piedzīvo deformāciju, materiāla magnetizācija mainīsies. Parasti Terfenola izpildmehānismos ir iekļauts Terfenola stienis, kas ir saspiests, lai sakārtotu magnētiskos domēnus stieņa garumam perpendikulāri. Ap Terfenol stieni tiek izmantota spole, uz stieņa tiek uzlikts lauks, lai sakārtotu domēnus visā tā garumā.
Atšķirība starp magnetostriktīvo un pjezoelektrisko devēju
Atšķirība starp magnetostriktīvo un pjezoelektrisko devēju ir šāda.
|
Magnetostriktīvais devējs |
Pjezoelektriskais devējs |
| Magnetostrikcijas devējs ir ierīce, ko izmanto, lai pārveidotu enerģiju no mehāniskās enerģijas magnētiskajā un otrādi.
|
Pjezoelektriskais sensors ir ierīce, ko izmanto, lai izmērītu izmaiņas paātrinājumā, spiedienā, temperatūrā, spēkā vai deformācijā, mainot tās elektriskajā lādiņā. |
| Magnetostriktīvais devējs ietver lielu skaitu niķeļa plākšņu vai laminējumu.
|
Pjezoelektriskajā pārveidotājā ir viens vai dubults biezs pjezoelektriskā keramikas materiāla disks, parasti PZT (svina cirkonāta titanāts). |
| Tā mērķis ir mainīt magnētiskā materiāla izmēru vai formu pēc magnetizācijas. | Tā jēdziens ir elektriskā lādiņa uzkrāšanās, pielietojot mehānisku spiedienu. |
| Šis devējs ir mazāk jutīgs salīdzinājumā ar pjezoelektrisko devēju zemes magnētiskā lauka darbības dēļ. | Šis devējs ir jutīgāks. |
| Šis devējs izmanto magnetostriktīvā materiāla īpašību. | Šis devējs izmanto pjezoelektriskā materiāla īpašību. |
| Trieciena modelis ir eliptisks. | Trieciena modelis ir lineārs. |
| Frekvenču diapazons ir no 20 līdz 40 kHz. | Frekvenču diapazons ir no 29 līdz 50 kHz. |
| Aktīvā gala laukums ir no 2,3 mm līdz 3,5 mm. | Aktīvā gala laukums ir 4,3 mm, pamatojoties uz frekvenci. |
Kā izvēlēties magnetostriktīvo devēju?
Magnetostriktīvā devēja izvēli var veikt, pamatojoties uz tālāk norādītajām specifikācijām.
- Šim devējam ir jāizmanto sava veida magnētisks materiāls, lai tas varētu mijiedarboties un ļoti precīzi kartēt attālumus.
- Pārveidotājam ir jānodrošina bezkontakta un nodiluma mērījumi.
- Tā diapazonam jābūt no 50 līdz 2500 mm.
- Tā maksimālajai izšķirtspējai jābūt aptuveni 2 µm.
- Maksimālajai linearitātei jābūt ±0,01 %.
- Pārvietošanās ātrumam jābūt mazākam par 10 m/s.
- Analogā izeja ir no 0 līdz 10 V, no 4 līdz 20 mA.
- 24 VDC ±20 % Sprieguma padeve
- IP67 Aizsardzības klase
- Darba temperatūrai jābūt robežās no -30...+75 °C.
Priekšrocības un trūkumi
The Magnetostriktīvā devēja priekšrocības iekļaujiet tālāk norādīto.
- Šie devēji ir uzticami, tiem nav nepieciešama apkope, tie ievērojami samazina darbības kļūdu un iekārtas dīkstāves iespējamību
- Magnetostriktīvajiem devējiem nav saskares daļu, tāpēc tiem ir ilgāks kalpošanas laiks.
- Tie ir precīzāki, salīdzinot ar fiksētā kontakta devējiem.
- Viņiem ir laba jutība, liela attāluma pārbaude, izturība, vienkārša ieviešana utt.
The Magnetostriktīvā devēja trūkumi iekļaujiet tālāk norādīto.
- Magnetostriktīvie devēji ir dārgi.
- Magnetostriktīvajam devējam ir fiziskā izmēra ierobežojumi, tāpēc tas var darboties tikai aptuveni 30 kHz frekvencēs.
Lietojumprogrammas
The Magnetostriktīvā devēja pielietojumi iekļaujiet tālāk norādīto.
- Pozīcijas mērīšanai izmanto magnetostriktīvo devēju.
- Šim devējam ir galvenā loma mehāniskās enerģijas pārvēršanā magnētiskajā enerģijā.
Iepriekš šī ierīce tika izmantota dažādos lietojumos, tostarp griezes momenta mērītājos, hidrofonos, sonāra skenēšanas ierīcēs, tālruņu uztvērējos utt. - Šobrīd to izmanto dažādu ierīču, piemēram, lieljaudas lineāro motoru, trokšņu kontroles sistēmu vai aktīvās vibrācijas, medicīnas un rūpnieciskās ultraskaņas, adaptīvās optikas pozicionētāju, sūkņu u.c. izgatavošanai.
- Šie devēji galvenokārt ir izstrādāti ķirurģisko instrumentu, ķīmiskās apstrādes, materiālu apstrādes un zemūdens hidrolokatoru izgatavošanai.
- Magnetostriktīvos devējus izmanto, lai mērītu griezes momentu, ko rada rotējošās vārpstas mašīnu kustīgajās daļās.
- Šis devēja lietojums ir sadalīts divos režīmos; kas nozīmē Džoula efektu, bet otrs ir Villari efekts. Kad enerģija no magnētiskās tiek pārveidota par mehānisko, to izmanto, lai radītu spēku izpildmehānismiem, un to var izmantot magnētiskā lauka noteikšanai sensoru gadījumā. Ja enerģija tiek mainīta no mehāniskās uz magnētisko, to izmanto, lai noteiktu kustību vai spēku.
Tādējādi šis ir magnetostriktīvā devēja pārskats. Šo devēju sauc arī par magnētiski elastīgo devēju. Šiem devējiem ir ārkārtīgi augsta mehāniskā ieejas pretestība, un tie ir piemēroti lielu statisko un dinamisko spēku, paātrinājuma un spiediena mērīšanai. Tiem ir spēcīgas konstrukcijas īpašības, un, ja šos devējus izmanto kā aktīvos devējus, izejas pretestība būs zema. Šeit ir jautājums jums, kas ir Magnetostrikcija Fenomens?
