Magnetostrictive Transducer : Schematic Diagram, Mga Uri, Mga Bentahe at Mga Aplikasyon Nito

Ang electromechanical transducer ay isang aparato na ginagamit upang i-convert ang alinman sa isang electrical signal sa sound wave o isang sound wave sa isang electrical signal. Ang mga transduser na ito ay mas maraming nalalaman at naglalaman ng mga magnetostrictive at piezoelectric na aparato. Sa kasalukuyan para sa mga power ultrasonic application, mayroong dalawang pangunahing mga disenyo ng transduser na ginamit magnetostrictive at piezoelectric. A piezoelectric transducer gumagamit ng pag-aari ng isang piezoelectric na materyal para sa pag-convert ng enerhiya mula sa elektrikal patungo sa mekanikal. Ang isang magnetostrictive transducer ay gumagamit ng pag-aari ng isang magnetostrictive na materyal para sa pag-convert ng enerhiya sa mekanikal na enerhiya sa loob ng isang magnetic field. Dito, ang magnetic field ay ibinibigay sa pamamagitan ng isang coil ng wire na natatakpan sa paligid ng magnetostrictive material. Kaya tinatalakay ng artikulong ito ang isang pangkalahatang-ideya ng a magnetostrictive transducer – gumagana at mga aplikasyon nito.

Ano ang Magnetostrictive Transducer?

Ang isang aparato na ginagamit upang baguhin ang enerhiya mula sa mekanikal patungo sa magnetic na enerhiya ay kilala bilang isang magnetostrictive transducer. Ang prinsipyo ng pagtatrabaho ng magnetostrictive transducer ay gumagamit ng isang uri ng magnetic material kung saan ang isang inilapat na oscillating magnetic field ay pisilin ang mga atomo ng materyal, lumilikha ng panaka-nakang pagbabago sa haba ng materyal at gumagawa ng mekanikal na vibration na may mataas na dalas. Ang mga uri ng transduser na ito ay pangunahing ginagamit sa mas mababang mga hanay ng dalas at ang mga ito ay karaniwan sa ultrasonic machining at ultrasonic cleaner application.

Magnetostrictive Transducer Schematic Diagram

Ang pagtatrabaho ng isang magnetostrictive transducer ay maaaring ilarawan sa pamamagitan ng paggamit ng sumusunod na schematic diagram. Ipinapaliwanag ng diagram na ito ang dami ng strain na ginawa mula null hanggang sa kumpletong magnetization. Nahahati ito sa mga discrete mechanical at magnetic na katangian na nakatakda sa kanilang epekto sa magnetic induction at magnetostrictive core strain.

Sa unang kaso, ipinapakita ng figure c kapag hindi inilapat ang magnetic field sa materyal, kung gayon ang pagbabago sa loob ng haba ay magiging null din sa ginawang magnetic induction. Ang halaga ng magnetic field (H) ay nadagdagan sa mga limitasyon ng saturation nito (±Hsat). Pinapataas nito ang axial strain sa 'esat'. Bilang karagdagan, ang halaga ng magnetization ay tataas sa halaga ng +Bsat na ipinapakita sa Figure-e o bababa sa -Bsat na ipinapakita sa figure.

Kapag ang halaga ng 'Hs' ay nasa pinakamataas na punto nito, ang magnetic induction at pinakamataas na saturation ng strain ay maaaring makuha. Kaya sa puntong ito, kung susubukan naming taasan ang halaga ng field, hindi nito babaguhin ang halaga ng magnetization o field ng device. Kaya, kapag ang halaga ng patlang ay umabot sa saturation, ang mga halaga ng strain at magnetic induction ay tataas at lilipat mula sa palabas ng gitnang pigura.

Sa pangalawang kaso, kapag ang halaga ng 'Hs' ay pinananatiling maayos at kung itataas natin ang dami ng puwersa sa magnetostrictive na materyal, ang compressive pressure sa loob ng materyal ay tataas sa reverse side na may pagbaba sa axial strain at axial magnetization value. . Sa figure-c, walang magagamit na mga linya ng flux dahil sa null magnetization samantalang sa Figure. b & figure. d ay may mga magnetic flux na linya ng mas mababang magnitude batay sa magnetic domain alignment sa magnetostrictive driver. Ang Figure-a ay may mga linya ng flux ngunit ang daloy ng mga ito ay nasa reverse na direksyon.

Pigura. Ipinapakita ng f ang mga linya ng flux batay sa inilapat na field na 'Hs' at ang pagsasaayos ng magnetic domain. Dito sinusukat ang mga ginawang linya ng flux gamit ang prinsipyo ng Hall Effect. Kaya ang halagang ito ay magiging proporsyonal sa puwersa o input strain.

Mga Uri ng Magnetostrictive Transducer

Mayroong dalawang uri ng magnetostrictive transducers; kusang magnetostriction at field-induced magnetostriction.

Kusang Magnetostriction

Ang spontaneous magnetostriction ay nangyayari mula sa magnetic ordering ng atomic moments sa ilalim ng Curie temperature. Ang ganitong uri ng magnetostriction ay ginagamit sa NiFe-based alloy na tinatawag na invar at nagpapakita ito ng zero thermal increase hanggang sa curie temperature nito.

Bumababa ang saturation magnetization ng materyal sa pag-init sa temperatura ng Curie dahil sa pagbaba sa loob ng dami ng pagkakaayos ng atomic magnetic moments. Kapag ang pag-aayos na ito at ang saturation magnetization ay bumaba, ang pagpapalawak ng volume ay bumababa din sa pamamagitan ng kusang magnetostriction at ang mga materyal na kontrata.

Sa invar case, ang pag-urong na ito dahil sa kusang pagkawala ng magnetostriction ay katumbas ng pagpapalawak na dulot ng karaniwang thermal vibration na pamamaraan at samakatuwid ay magpapakita ang materyal na walang pagbabago sa loob ng mga sukat. Ngunit sa temperatura ng Curie, karaniwang nangyayari ang thermal expansion at wala nang magnetic ordering.

Field Induced Magnetostriction

Pangunahing nangyayari ang field-induced magnetostriction mula sa magnetic domain arrangement sa isang inilapat na field application. Ang materyal na Terfenol ay nagpapakita ng pinakamalaking kapaki-pakinabang na magnetostriction, na kung saan ay ang halo ng Tb, Fe, at Dy. Ang materyal na Terfenol ay ginagamit para sa mga sensor ng posisyon, mga sensor ng field, mga mekanikal na actuator at mga speaker.

Ang magnetostrictive arrangement (o) load sensor ay gumagana lamang sa katotohanan na sa tuwing ang magnetostrictive na materyal ay nakakaranas ng strain, ang magnetization ng materyal ay magbabago. Karaniwan, ang mga Terfenol actuator ay may kasamang Terfenol rod na nakaayos sa ilalim ng compression upang ayusin ang mga magnetic domain sa haba ng rod nang patayo. Ang isang coil ay ginagamit sa paligid ng Terfenol rod, isang field ay inilapat sa rod upang ihanay ang mga domain sa haba nito.

Pagkakaiba sa pagitan ng Magnetostrictive at Piezoelectric Transducer

Ang pagkakaiba sa pagitan ng isang magnetostrictive at piezoelectric transducer ay kinabibilangan ng mga sumusunod.

Paano Pumili ng Magnetostrictive Transducer?

Ang pagpili ng isang magnetostrictive transducer ay maaaring gawin batay sa mga detalye sa ibaba.

• Ang transduser na ito ay dapat gumamit ng isang uri ng magnetic material upang ito ay makapag-interact at makapagmapa ng mga distansya nang eksakto.
• Dapat payagan ng transducer ang mga pagsukat na walang contact at walang suot.
• Ang saklaw nito ay dapat mula 50 hanggang 2500 mm.
• Ang maximum na resolution nito ay dapat na humigit-kumulang 2 µm.
• Ang maximum na linearity ay dapat na ±0.01%.
• Ang bilis ng pag-alis ay dapat na mas mababa sa 10 m/s.
• Ang output ng analog ay 0 hanggang 10 V, 4 hanggang 20 mA.
• 24 VDC ±20 % Supply ng boltahe
• Klase ng Proteksyon ng IP67
• Ang operating temperatura ay dapat mula sa -30..+75 °C.

Mga Kalamangan at Kahinaan

Ang mga pakinabang ng isang magnetostrictive transducer isama ang mga sumusunod.

• Ang mga transduser na ito ay maaasahan, walang maintenance, makabuluhang binabawasan ang potensyal para sa mga error sa pagpapatakbo at downtime ng makina
• Ang mga magnetostrictive transducers ay walang contact parts, kaya mas matagal ang buhay nila.
• Mas tumpak ang mga ito kumpara sa mga fixed contact transducer.
• Mayroon silang mahusay na sensitivity, pangmatagalang inspeksyon, tibay, madaling pagpapatupad, atbp.

Ang disadvantages ng isang magnetostrictive transducer isama ang mga sumusunod.

• Mahal ang magnetostrictive transducers.
• Ang magnetostrictive transducer ay may mga pisikal na limitasyon sa laki, kaya pinaghihigpitan itong gumana sa mas mababa sa 30 kHz frequency na humigit-kumulang.

Mga aplikasyon

Ang mga aplikasyon ng isang magnetostrictive transducer isama ang mga sumusunod.

• Ang magnetostrictive transducer ay ginagamit para sa pagsukat ng posisyon.
• Ang transduser na ito ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa pag-convert ng mekanikal na enerhiya sa magnetic energy.
  Dati, ginamit ang device na ito sa iba't ibang application na kinabibilangan ng torque meter, hydrophones, sonar scanning device, telephone receiver, atbp.
• Sa kasalukuyan, ito ay ginagamit upang gumawa ng iba't ibang device tulad ng high-force linear motors, noise control system o aktibong vibration, medikal at pang-industriya na ultrasonic, mga positioner para sa adaptive optics, pumps, atbp.
• Ang mga transduser na ito ay pangunahing binuo para gumawa ng mga surgical tool, pagpoproseso ng kemikal, pagproseso ng materyal at sonar sa ilalim ng tubig.
• Ang magnetostrictive transducers ay ginagamit para sa pagsukat ng torque na binuo ng mga rotary shaft sa loob ng mga gumagalaw na bahagi ng mga makina.
• Ang transducer application na ito ay nahahati sa dalawang mode; nagpapahiwatig ng Joule Effect at ang isa pa ay Villari Effect. Kapag ang enerhiya mula sa magnetic patungo sa mekanikal ay na-convert pagkatapos ito ay ginagamit upang makagawa ng puwersa sa kaso ng mga actuator at maaaring magamit upang makita ang isang magnetic field sa kaso ng mga sensor. Kung ang enerhiya mula sa mekanikal hanggang sa magnetic ay binago pagkatapos ito ay ginagamit upang makita ang paggalaw o puwersa.

Kaya, ito ay isang pangkalahatang-ideya ng magnetostrictive transducer. Ang transduser na ito ay tinatawag ding magneto-elastic transducer. Ang mga transduser na ito ay nagtataglay ng napakataas na mechanical input impedance at angkop para sa pagsukat ng malalaking static at dynamic na pwersa, acceleration at pressure. Malakas ang mga ito sa mga tampok na konstruksyon at kapag ang mga transduser na ito ay ginamit bilang mga aktibong transduser, magiging mababa ang impedance ng output. Narito ang isang tanong para sa iyo, ano ang Magnetostriction Phenomenon?