Magnetolastiska sensorer

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 30 juni 2018; verifiering kräver 1 redigering .

Magnetoelastiska sensorer (magnetoelastiska givare) är omvandlare av mekaniska krafter (böjning, vridning, kompression, spänning), deformationer eller tryck till elektriska storheter - spänning eller ström. Funktionsprincipen för magnetoelastiska sensorer är baserad på den magnetoelastiska effekten .

Grundläggande begrepp

Ferromagnetiska material som används i magnetoelastiska sensorer har ett annat beroende av magnetisk permeabilitet på mekanisk spänning : till exempel i permalloy , med ökande dragkraft, minskar den magnetiska permeabiliteten, medan den ökar i nickel . Detta beror på olika magnetostriktion : permalloy har en positiv magnetostriktion (den förlängs under påverkan av ett magnetfält), och nickel har en negativ magnetostriktion, och vissa ferromagneter (till exempel järn ) har ett magnetostriktionstecken beroende på riktningen av magnetiskt flöde i förhållande till materialets kristallografiska riktning. Kvantitativt uttrycks känsligheten hos en magnetoelastisk sensor av känslighetskoefficienten : $\mu$ $\sigma$ ${\displaystyle S_{m))$

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

där - ökning av magnetisk permeabilitet - absolut värde för magnetisk permeabilitet - mekanisk påkänning av spänning (kompression). $d\mu$ $\mu$ ${\displaystyle \sigma _{k))$

Variationer av magnetoelastiska sensorer

Magnetoelastiska sensorer är indelade i:

enligt handlingsprincipen:
- reagerar på mekaniska påkänningar genom att ändra den magnetiska permeabiliteten i en riktning (choke och transformatortyp)
- reagerar på mekaniska påkänningar genom att ändra den magnetiska permeabiliteten i två ömsesidigt vinkelräta riktningar (magnetoanisotropa givare, annars kallade "pressduktorer").
genom design:
- lindning
- vindstilla (elektriskt motstånd)
- selsyn typ (med utseende av vridmoment)
beroende på typen av upplevd ansträngning:
- linjär
- linjär i flera plan
- roterande

Gasspjäll magnetoelastisk sensor

Det är en lindning på en kärna av ferromagnetiskt material av pansar- eller stavtyp. Med yttre mekanisk verkan och förekomsten av mekaniska spänningar i kärnan, sker en förändring i magnetisk permeabilitet , lindningsinduktans och induktivt motstånd . När en sådan sensor är seriekopplad i kretsen mellan den variabla EMF-källan och lasten och en mekanisk verkan appliceras på kärnan, kommer en förändring i strömmen i kretsen att observeras och som ett resultat av detta kommer en förändring i spänning över lasten. $\mu$ $L$ $j\omega L$ $jag$ $U$

Transformator magnetoelastisk sensor

Denna sensor består av två lindningar lindade på en kärna med de nödvändiga magnetoelastiska egenskaperna och är en transformator , medan en av lindningarna (primär) är ansluten till en variabel EMF-källa och den andra (sekundär) är ansluten till lasten. Förekomsten av mekaniska spänningar i kärnan leder till en förändring i den magnetiska permeabiliteten och därför till en förändring av den inbördes induktansen mellan lindningarna och en annan spänning inducerad i sekundärlindningen. $\mu$ $M$

Det finns en annan typ av transformatormagnetoelastisk sensor - shunttransformator magnetoelastisk sensor , där det finns en primärlindning på en kärnstång, en sekundärlindning på den andra, kärnans mittstav har ingen lindning (shuntstav) och eftersom banan eftersom det magnetiska flödet genom shuntstaven är kortare och shuntstavens tvärsnitt är större, kommer det magnetiska flödet från primärlindningen praktiskt taget inte in i staven med sekundärlindningen, utan när en kraft appliceras på shuntstaven (med positiv magnetostriktion) minskar dess magnetiska permeabilitet och flödet börjar sluta genom staven med sekundärlindningen, i vilken spänning uppträder . $\Phi$ $U$

I en magnetoelastisk sensor för differentialtransformatorer är primärlindningen placerad på den mellersta stången, och på de två sidostavarna finns det två sekundärlindningar med samma parametrar, medan sekundärlindningarna slås på i motsatta riktningar, därför vid belastningen (utan att applicera mekanisk belastning på sensorn), den totala spänningen är noll, när mekanisk belastning på en av stängerna störs balansen och en elektrisk spänning uppstår på lasten . $\sigma$ $U$

För att bestämma de mekaniska spänningarna i flera plan installeras lindningarna med kärnor i olika riktningar i det magnetiska systemet.

Magnetoanisotropa omvandlare (pressduktorer)

I pressduktorer appliceras kraften på kärnan i riktningen 45° mot axlarna för de primära och sekundära lindningarna (som är vinkelräta mot varandra). Med denna design, i en obelastad kärna, täcker flödet av primärlindningen inte sekundärlindningens varv och ingen EMF induceras i den senare, när kraft appliceras på kärnan, täcker det magnetiska flödet varven i sekundärlindningen och en signal visas på lasten. $\Phi$ $w$

Elektrod-spole magnetoisotopiska givare

Elektrodspole magnetoisotropa givare används för att bestämma mekaniska vridkrafter. För att göra detta är elektroder anslutna till den ferromagnetiska kärnan, och när ström appliceras på dem från en extern krets skapas cirkulerande magnetiska flöden som inte korsar sekundärlindningen på kärnan. När vridningskrafter appliceras induceras en EMF i sekundärlindningen.

Magnetoelastiska elektriska motståndssensorer (vindstilla)

I sådana sensorer mäts spänningsfallet på själva den ferromagnetiska kärnan: ström tillförs vissa elektroder som är placerade vid kanterna från en extern strömkälla , och ett spänningsfall som är proportionellt mot den externa mekaniska kraften avlägsnas från ett par andra installerade närmare. till mitten . $jag$ $U$

Selsyn magnetoelastiska sensorer

Selsyn-sensorer har två ömsesidigt vinkelräta excitationslindningar, varav den ena är placerad på det känsliga elementet som kraft appliceras på; styrlindningen är också placerad i spåren på avkänningselementet i form av en skiva. När en kraft appliceras på det känsliga elementet uppstår en fasobalans mellan lindningarna och sensorrotorns varv.

Litteratur

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