Magnetoelastické senzory

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 30. června 2018; ověření vyžaduje 1 úpravu .

Magnetoelastické snímače (magnetoelastické převodníky) jsou převodníky mechanických sil (ohyb, torze, tlak, tah), deformací nebo tlaku na elektrické veličiny - napětí nebo proud. Princip činnosti magnetoelastických snímačů je založen na magnetoelastickém jevu .

Základní pojmy

Feromagnetické materiály používané v magnetoelastických senzorech mají různou závislost magnetické permeability na mechanickém namáhání : například u permalloy s rostoucí tahovou silou magnetická permeabilita klesá, zatímco u niklu se zvyšuje. To je způsobeno odlišnou magnetostrikcí : permalloy má pozitivní magnetostrikci (prodlužuje se vlivem magnetického pole), nikl má negativní magnetostrikci a některé feromagnety (například železo ) mají magnetostrikční znaménko v závislosti na směru magnetický tok vzhledem ke krystalografickému směru materiálu. Kvantitativně je citlivost magnetoelastického senzoru vyjádřena koeficientem citlivosti : $\mu$ $\sigma$ ${\displaystyle S_{m))$

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

kde - přírůstek magnetické permeability - absolutní hodnota magnetické permeability - mechanické namáhání tahem (tlakem). $d\mu$ $\mu$ ${\displaystyle \sigma _{k))$

Odrůdy magnetoelastických snímačů

Magnetoelastické senzory se dělí na:

podle principu akce:
- reakce na mechanické namáhání změnou magnetické permeability v jednom směru (typ tlumivky a transformátoru)
- reagující na mechanická namáhání změnou magnetické permeability ve dvou vzájemně kolmých směrech (magnetoanizotropní měniče, jinak nazývané "pressductors").
podle návrhu:
- navíjení
- bezvětří (elektrický odpor)
- typ selsyn (se vzhledem točivého momentu)
podle typu vnímaného úsilí:
- lineární
- lineární v několika rovinách
- rotační

Magnetoelastický snímač škrticí klapky

Jedná se o vinutí nasazené na jádro z feromagnetického materiálu pancéřového nebo tyčového typu. Při vnějším mechanickém působení a vzniku mechanických pnutí v jádře dochází ke změně magnetické permeability , indukčnosti vinutí a indukčního odporu . Když je takový snímač zapojen do série mezi proměnným zdrojem EMF a zátěží a na jádro je aplikováno mechanické působení, bude pozorována změna proudu v obvodu a v důsledku toho změna napětí na zátěži. $\mu$ $L$ $j\omega L$ $já$ $U$

Transformátorový magnetoelastický senzor

Tento snímač se skládá ze dvou vinutí navinutých na jádru s nezbytnými magnetoelastickými vlastnostmi a je transformátorem , přičemž jedno z vinutí (primární) je připojeno ke zdroji proměnného EMF a druhé (sekundární) je připojeno k zátěži. Vznik mechanických pnutí v jádře vede ke změně magnetické permeability a tím i ke změně vzájemné indukčnosti mezi vinutími a k jinému napětí indukovanému v sekundárním vinutí. $\mu$ $M$

Existuje další typ transformátorového magnetoelastického snímače - bočníkový transformátorový magnetoelastický snímač , u kterého je na jedné tyči jádra primární vinutí, na druhé sekundární vinutí, střední tyč jádra nemá vinutí (tyč bočníku) a protože dráha protože magnetický tok bočníkovou tyčí je kratší a průřez bočníkové tyče je větší, takže magnetický tok z primárního vinutí prakticky nevstupuje do tyče se sekundárním vinutím, ale při působení síly na bočníkovou tyč (při kladné magnetostrikci) klesá její magnetická permeabilita a tok se začíná uzavírat tyčí se sekundárním vinutím, ve kterém se objevuje napětí . $\Phi$ $U$

U diferenciálně transformátorového magnetoelastického snímače je primární vinutí umístěno na střední tyči a na dvou bočních tyčích jsou dvě sekundární vinutí se stejnými parametry, zatímco sekundární vinutí jsou zapnuta v opačných směrech, tedy při zatížení (bez mechanického namáhání snímače) je celkové napětí nulové, při mechanickém namáhání jedné z tyčí se naruší rovnováha a na zátěži se objeví elektrické napětí . $\sigma$ $U$

Pro stanovení mechanického namáhání v několika rovinách jsou vinutí s jádry instalována v magnetickém systému v různých směrech.

Magnetoanizotropní měniče (pressductors)

U tlakových vinutí působí síla na jádro ve směru 45° k osám primárního a sekundárního vinutí (které jsou na sebe kolmé). U této konstrukce v nezatíženém jádru tok primárního vinutí nepokrývá závity sekundárního vinutí a v druhém není indukováno žádné EMF, když je na jádro aplikována síla, magnetický tok pokrývá závity sekundárního vinutí a na zátěži se objeví signál. $\Phi$ $w$

Magnetoizotopové měniče s elektrodou-cívkou

Magnetoisotropní snímače elektroda-cívka se používají ke stanovení torzních mechanických sil. K tomu jsou elektrody připojeny k feromagnetickému jádru a když je na ně přiváděn proud z vnějšího obvodu, vytvářejí se cirkulující magnetické toky, které neprocházejí sekundárním vinutím umístěným na jádru. Při působení krouticích sil se v sekundárním vinutí indukuje EMF.

Magnetoelastické snímače elektrického odporu (bezvětří)

V takových senzorech se měří pokles napětí na samotném feromagnetickém jádru: proud je přiváděn do některých elektrod umístěných na okrajích z externího zdroje energie a úbytek napětí úměrný vnější mechanické síle je odstraněn z dvojice dalších instalovaných blíže. do středu . $já$ $U$

Magnetoelastické senzory Selsyn

Senzory Selsyn mají dvě vzájemně kolmá budicí vinutí, z nichž jedno je umístěno na citlivém prvku, na který působí síla; ovládací vinutí je rovněž umístěno v drážkách na snímacím prvku ve formě kotouče. Když je na citlivý prvek aplikována síla, dojde k fázovému nevyvážení mezi vinutími a otáčením rotoru snímače.

Literatura

V. B. Ginzburg. magnetické senzory. - Moskva: Energie, 1970.