электромеханический преобразователь устройство, используемое для преобразования либо электрического сигнала в звуковые волны, либо звуковой волны в электрический сигнал. Эти преобразователи более универсальны и содержат магнитострикционные и пьезоэлектрические устройства. В настоящее время для мощных ультразвуковых приложений используются две основные конструкции преобразователя: магнитострикционный и пьезоэлектрический. А пьезоэлектрический преобразователь использует свойство пьезоэлектрического материала для преобразования энергии из электрической в механическую. Магнитострикционный преобразователь использует свойство магнитострикционного материала для преобразования энергии в механическую в пределах магнитного поля. Здесь магнитное поле создается с помощью катушки с проволокой, которая покрыта магнитострикционным материалом. Итак, в этой статье обсуждается обзор магнитострикционный преобразователь - работа и ее приложения.
Что такое магнитострикционный преобразователь?
Устройство, которое используется для преобразования энергии из механической в магнитную, известно как магнитострикционный преобразователь. принцип работы магнитострикционного преобразователя использует тип магнитного материала, в котором приложенное осциллирующее магнитное поле будет сжимать атомы материала, создает периодическое изменение длины материала и производит механическую вибрацию с высокой частотой. Эти типы преобразователей в основном используются в низкочастотных диапазонах, и они очень распространены в приложениях ультразвуковой обработки и ультразвуковой очистки.
Принципиальная схема магнитострикционного преобразователя
Работу магнитострикционного преобразователя можно описать с помощью следующей принципиальной схемы. Эта диаграмма объясняет величину деформации от нуля до полного намагничивания. Это разделено на дискретные механические и магнитные атрибуты, которые устанавливаются по их влиянию на магнитную индукцию и магнитострикционную деформацию сердечника.
В первом случае на рисунке c показано, что когда магнитное поле не приложено к материалу, то изменение длины также равно нулю с создаваемой магнитной индукцией. Величина магнитного поля (H) увеличивается до пределов насыщения (±Hsat). Это увеличивает осевую деформацию до «esat». Кроме того, значение намагниченности будет увеличено до значения +Bsat, показанного на рисунке-e, или уменьшится до значения –Bsat, показанного на рисунке.
Когда значение «Hs» находится в своей максимальной точке, тогда могут быть достигнуты магнитная индукция и максимальное насыщение деформации. Таким образом, в этот момент, если мы попытаемся увеличить значение поля, это не изменит значение намагниченности или поля устройства. Таким образом, когда значение поля достигает насыщения, значения деформации и магнитной индукции будут увеличиваться и перемещаться от центральной фигуры наружу.
Во втором случае, когда значение «Hs» остается фиксированным, и если мы увеличиваем величину силы, действующей на магнитострикционный материал, то сжимающее давление внутри материала будет увеличиваться на обратную сторону с уменьшением значений осевой деформации и осевой намагниченности. . На рисунке-c нет доступных линий потока из-за нулевой намагниченности, тогда как на рисунке. б и рис. d имеет линии магнитного потока гораздо меньшей величины, основанные на выравнивании магнитных доменов в магнитострикционном драйвере. На рисунке а есть линии потока, но их поток будет в обратном направлении.
Фигура. f показывает линии потока, основанные на приложенном поле Hs и расположении магнитных доменов. Здесь линии создаваемого потока измеряются по принципу эффекта Холла. Таким образом, это значение будет пропорционально силе или входной деформации.
Типы магнитострикционных преобразователей
Есть два типа магнитострикционных преобразователей; спонтанная магнитострикция и магнитострикция, индуцированная полем.
Спонтанная магнитострикция
Спонтанная магнитострикция возникает из-за магнитного упорядочения атомных моментов при температуре Кюри. Этот тип магнитострикции используется в сплаве на основе NiFe, называемом инваром, и он показывает нулевое тепловое увеличение вплоть до температуры Кюри.
Намагниченность насыщения материала уменьшается при нагреве до температуры Кюри из-за уменьшения величины расположения атомных магнитных моментов. Когда это расположение и намагниченность насыщения уменьшаются, объемное расширение также уменьшается из-за спонтанной магнитострикции, и материал сжимается.
В случае инвара это сжатие из-за спонтанной потери магнитострикции эквивалентно расширению, вызванному обычными методами тепловых колебаний, и, следовательно, материал покажет отсутствие изменений в размерах. Но при температуре Кюри обычно происходит тепловое расширение, и магнитного упорядочения больше нет.
Магнитострикция, индуцированная полем
Магнитострикция, индуцированная полем, в основном возникает в основном из-за расположения магнитных доменов при приложении приложенного поля. Материал Terfenol показывает самую большую полезную магнитострикцию, которая представляет собой смесь Tb, Fe и Dy. Материал терфенол используется для датчиков положения, полевых датчиков, механических приводов и динамиков.
Магнитострикционные датчики (или) нагрузки просто работают за счет того факта, что всякий раз, когда магнитострикционный материал испытывает деформацию, намагниченность материала изменяется. Обычно исполнительные механизмы из терфенола включают в себя стержень из терфенола, который расположен под сжатием, чтобы расположить магнитные домены по длине стержня перпендикулярно. Вокруг терфенолового стержня используется катушка, к стержню прикладывается поле для выравнивания доменов по его длине.
Разница между магнитострикционным и пьезоэлектрическим преобразователем
Отличие магнитострикционного преобразователя от пьезоэлектрического заключается в следующем.
|
Магнитострикционный преобразователь |
Пьезоэлектрический преобразователь |
| Магнитострикционный преобразователь — это устройство, используемое для преобразования энергии из механической в магнитную и наоборот.
|
Пьезоэлектрический датчик — это устройство, используемое для измерения изменений ускорения, давления, температуры, силы или напряжения путем преобразования их в электрический заряд. |
| Магнитострикционный преобразователь включает в себя большое количество никелевых пластин или пластин.
|
Пьезоэлектрический преобразователь включает одинарный или двойной толстый пьезоэлектрический диск из керамического материала, обычно PZT (цирконат-титанат свинца). |
| Концепция этого заключается в изменении размера или формы магнитного материала при намагничивании. | Суть этого заключается в накоплении электрического заряда за счет механического давления. |
| Этот преобразователь менее чувствителен по сравнению с пьезоэлектрическим преобразователем из-за действия магнитного поля земли. | Этот датчик более чувствителен. |
| В этом преобразователе используется магнитострикционное свойство материала. | Этот преобразователь использует свойство пьезоэлектрического материала. |
| Рисунок штриха эллиптический. | Рисунок штриха линейный. |
| Диапазон частот от 20 до 40 кГц. | Диапазон частот от 29 до 50 кГц. |
| Активная площадь наконечника составляет от 2,3 мм до 3,5 мм. | Активная площадь наконечника составляет 4,3 мм в зависимости от частоты. |
Как выбрать магнитострикционный преобразователь?
Выбор магнитострикционного преобразователя может быть сделан на основе приведенных ниже характеристик.
- Этот преобразователь должен использовать тип магнитного материала, чтобы он мог взаимодействовать и отображать расстояния очень точно.
- Преобразователь должен обеспечивать бесконтактные измерения без износа.
- Его диапазон должен быть от 50 до 2500 мм.
- Его максимальное разрешение должно быть примерно 2 мкм.
- Максимальная линейность должна составлять ±0,01 %.
- Скорость перемещения должна быть менее 10 м/с.
- Аналоговый выход: от 0 до 10 В, от 4 до 20 мА.
- 24 В пост. тока ±20 % Источник питания
- Класс защиты IP67
- Рабочая температура должна находиться в диапазоне от -30 до +75 °C.
Преимущества и недостатки
Преимущества магнитострикционного преобразователя включая следующее.
- Эти преобразователи надежны, не требуют технического обслуживания, значительно снижают вероятность операционных ошибок и простоев оборудования.
- Магнитострикционные преобразователи не имеют контактных частей, поэтому имеют более длительный срок службы.
- Они более точны по сравнению с датчиками с фиксированным контактом.
- Они обладают хорошей чувствительностью, дальним осмотром, долговечностью, простотой реализации и т. д.
недостатки магнитострикционного преобразователя включая следующее.
- Магнитострикционные преобразователи стоят дорого.
- Магнитострикционный преобразователь имеет ограничения по физическому размеру, поэтому он может работать только на частотах ниже 30 кГц.
Приложения
применение магнитострикционного преобразователя включая следующее.
- Магнитострикционный преобразователь используется для измерения положения.
- Этот преобразователь играет ключевую роль в преобразовании механической энергии в магнитную.
Ранее это устройство использовалось в различных приложениях, включая измерители крутящего момента, гидрофоны, сканирующие гидролокаторы, телефонные трубки и т. д. - В настоящее время он используется для изготовления различных устройств, таких как мощные линейные двигатели, системы контроля шума или активной вибрации, медицинское и промышленное ультразвуковое оборудование, позиционеры для адаптивной оптики, насосы и т. д.
- Эти преобразователи в основном разработаны для изготовления хирургических инструментов, химической обработки, обработки материалов и подводных гидролокаторов.
- Магнитострикционные датчики используются для измерения крутящего момента, развиваемого вращающимися валами в движущихся частях машин.
- Это приложение преобразователя разделено на два режима; подразумевая эффект Джоуля, а другой - эффект Виллари. Когда энергия из магнитной в механическую преобразуется, она используется для создания силы в случае приводов и может использоваться для обнаружения магнитного поля в случае датчиков. Если энергия механической энергии изменяется на магнитную, то она используется для обнаружения движения или силы.
Итак, это обзор магнитострикционного преобразователя. Этот преобразователь также называют магнитоупругим преобразователем. Эти преобразователи обладают чрезвычайно высоким механическим входным сопротивлением и подходят для измерения больших статических и динамических сил, ускорения и давления. У них прочные конструктивные особенности, и когда эти преобразователи используются в качестве активных преобразователей, выходное сопротивление будет низким. Вот вопрос к вам, что такое магнитострикция Феномен?
