El transductor electromecànic és un dispositiu utilitzat per convertir un senyal elèctric en ones sonores o una ona sonora en un senyal elèctric. Aquests transductors són més versàtils i contenen dispositius magnetoestrictius i piezoelèctrics. Actualment, per a aplicacions d'ultrasons de potència, hi ha dos dissenys bàsics de transductors utilitzats magnetostrictius i piezoelèctrics. A transductor piezoelèctric utilitza la propietat d'un material piezoelèctric per convertir l'energia d'electrica a mecànica. Un transductor magnetoestrictiu utilitza la propietat d'un material magnetoestrictiu per convertir l'energia en energia mecànica dins d'un camp magnètic. Aquí, el camp magnètic es proporciona a través d'una bobina de filferro que es cobreix al voltant del material magnetostrictiu. Així doncs, aquest article tracta una visió general d'a transductor magnetoestrictiu - El treball i les seves aplicacions.

Què és el transductor magnetostrictiu?

Un dispositiu que s'utilitza per canviar l'energia d'energia mecànica a magnètica es coneix com a transductor magnetoestrictiu. El Principi de funcionament del transductor magnetoestrictiu utilitza un tipus de material magnètic on un camp magnètic oscil·lant aplicat comprimirà el àtoms del material, crea un canvi periòdic dins de la longitud del material i produeix una vibració mecànica amb alta freqüència. Aquests tipus de transductors s'utilitzen principalment en els rangs de freqüència més baixos i són molt comuns en aplicacions de mecanitzat per ultrasons i netejadors d'ultrasons.

Transductor magnetoestrictiu

Diagrama esquemàtic del transductor magnetostrictiu

El funcionament d'un transductor magnetoestrictiu es pot descriure utilitzant el següent diagrama esquemàtic. Aquest diagrama explica la quantitat de tensió produïda des de la magnetització nul·la fins a la completa. Això es divideix en atributs mecànics i magnètics discrets que s'estableixen en el seu efecte sobre la inducció magnètica i la soca del nucli magnetostrictiu.

Esquema del transductor magnetostrictiu

En el primer cas, la figura c mostra quan el camp magnètic no s'aplica al material, llavors el canvi de longitud també serà nul amb la inducció magnètica produïda. La quantitat de camp magnètic (H) augmenta fins als seus límits de saturació (± Hsat). Això augmenta la tensió axial a 'esat'. A més, el valor de magnetització s'incrementarà fins al valor +Bsat que es mostra a la figura-e o es redueix a -Bsat que es mostra a la figura.

Quan el valor 'Hs' està al seu punt màxim, es pot aconseguir la inducció magnètica i la saturació de tensió més alta. Per tant, en aquest punt, si intentem augmentar el valor del camp, no canviarà el valor de magnetització o el camp del dispositiu. Així, quan el valor del camp arriba a la saturació, els valors de tensió i inducció magnètica augmentaran i es mouran des de l'exterior de la figura central.

En el segon cas, quan el valor 'Hs' es manté fix i si augmentem la quantitat de força sobre el material magnetoestrictiu, la pressió de compressió dins del material augmentarà cap al revers amb una disminució de la tensió axial i els valors de magnetització axial. . A la figura-c, no hi ha línies de flux disponibles a causa de la magnetització nul·la, mentre que a la figura. b & figura. d té línies de flux magnètic d'una magnitud molt menor basada en l'alineació del domini magnètic en el controlador magnetostrictiu. La figura-a té línies de flux, però el seu flux serà en sentit invers.

Figura. f mostra les línies de flux basades en el camp 'Hs' aplicat i la disposició del domini magnètic. Aquí les línies de flux produïdes es mesuren amb el principi de l'efecte Hall. Per tant, aquest valor serà proporcional a la força o tensió d'entrada.

“Controlador de velocitat del motor CA de 3 fases ”

Tipus de transductor magnetoestrictiu

Hi ha dos tipus de transductors magnetoestrictius; magnetostricció espontània i magnetostricció induïda pel camp.

Magnetostricció espontània

La magnetostricció espontània es produeix a partir de l'ordenació magnètica dels moments atòmics sota la temperatura de Curie. Aquest tipus de magnetostricció s'utilitza en l'aliatge basat en NiFe anomenat invar i mostra un augment tèrmic zero fins a la seva temperatura de curie.

La magnetització de saturació del material disminueix en escalfar-se a la temperatura de Curie a causa d'una disminució de la quantitat de disposició dels moments magnètics atòmics. Quan aquesta disposició i la magnetització de saturació es redueixen, l'expansió del volum també disminueix a través de la magnetostricció espontània i el material es contrau.

En el cas invar, aquesta contracció a causa de la pèrdua de magnetostricció espontània és equivalent a l'expansió causada pels mètodes habituals de vibració tèrmica i, per tant, el material mostrarà que no hi ha cap canvi en les dimensions. Però a la temperatura de Curie, normalment es produeix una expansió tèrmica i ja no hi ha cap ordre magnètic.

Magnetostricció induïda pel camp

La magnetostricció induïda pel camp es produeix principalment a partir de la disposició del domini magnètic en una aplicació de camp aplicada. El material Terfenol mostra la magnetostricció útil més gran, que és la barreja de Tb, Fe i Dy. El material de terfenol s'utilitza per a sensors de posició, sensors de camp, actuadors mecànics i altaveus.

Els sensors de càrrega (o) disposicions magnetostrictives simplement funcionen mitjançant el fet que sempre que un material magnetostrictiu experimenti una tensió, la magnetització del material canviarà. Normalment, els actuadors de Terfenol inclouen una vareta de Terfenol que es disposa sota compressió per disposar els dominis magnètics a la longitud de la vareta de manera perpendicular. S'utilitza una bobina al voltant de la vareta de Terfenol, s'aplica un camp a la vareta per alinear els dominis al llarg de la seva longitud.

Diferència entre transductor magnetoestrictiu i piezoelèctric

La diferència entre un transductor magnetoestrictiu i piezoelèctric inclou el següent.

Transductor magnetoestrictiu	Transductor piezoelèctric
Un transductor de magnetostricció és un dispositiu que s'utilitza per convertir l'energia d'energia mecànica a magnètica i viceversa.	Un sensor piezoelèctric és un dispositiu que s'utilitza per mesurar els canvis d'acceleració, pressió, temperatura, força o tensió canviant-los en una càrrega elèctrica.
El transductor magnetoestrictiu inclou un gran nombre de plaques o laminacions de níquel. “en generador d'ona sinusoïdal d'ampli ”	El transductor piezoelèctric inclou un disc de material ceràmic piezoelèctric de gruix únic o doble, normalment PZT (titanat de zirconat de plom).
El concepte d'això és canviar la dimensió o la forma d'un material magnètic després de la magnetització.	El concepte d'això és l'acumulació de càrrega elèctrica mitjançant l'aplicació de pressió mecànica.
Aquest transductor és menys sensible en comparació amb el transductor piezoelèctric a causa de l'acció del camp magnètic terrestre.	Aquest transductor és més sensible.
Aquest transductor utilitza la propietat del material magnetostrictiu.	Aquest transductor utilitza la propietat del material piezoelèctric.
El patró del traç és el·líptic.	El patró del traç és lineal.
El rang de freqüència és de 20 a 40 kHz.	El rang de freqüències és de 29 a 50 kHz.
L'àrea de la punta activa és de 2,3 mm a 3,5 mm.	L'àrea de la punta activa és de 4,3 mm segons la freqüència.

Com triar un transductor magnetoestrictiu?

La selecció d'un transductor magnetoestrictiu es pot fer en funció de les especificacions següents.

Aquest transductor ha d'utilitzar un tipus de material magnètic perquè pugui interactuar i mapejar distàncies amb molta exactitud.
El transductor ha de permetre mesures sense contacte i sense desgast.
El seu rang ha de ser de 50 a 2500 mm.
La seva resolució màxima hauria de ser d'aproximadament 2 µm.
La linealitat màxima ha de ser de ±0,01 %.
La velocitat de desplaçament ha de ser inferior a 10 m/s.
La sortida analògica és de 0 a 10 V, de 4 a 20 mA.
24 VDC ±20 % Alimentació de tensió
Classe de protecció IP67
La temperatura de funcionament ha d'oscil·lar entre -30..+75 °C.

Avantatges i inconvenients

El avantatges d'un transductor magnetoestrictiu incloure el següent.

Aquests transductors són fiables, no requereixen manteniment, redueixen significativament el potencial d'errors operatius i temps d'inactivitat de la màquina
Els transductors magnetostrictius no tenen peces de contacte, de manera que tenen una vida útil més llarga.
Aquests són més precisos en comparació amb els transductors de contacte fix.
Tenen una bona sensibilitat, inspecció a llarg abast, durabilitat, fàcil implementació, etc.

El desavantatges d'un transductor magnetoestrictiu incloure el següent.

Els transductors magnetostrictius són cars.
El transductor magnetoestrictiu té limitacions de mida física, de manera que està restringit a funcionar a freqüències inferiors a 30 kHz aproximadament.

Aplicacions

El aplicacions d'un transductor magnetoestrictiu incloure el següent.

El transductor magnetoestrictiu s'utilitza per mesurar la posició.
Aquest transductor té un paper clau en la conversió d'energia mecànica en energia magnètica.
Anteriorment, aquest dispositiu s'utilitzava en diferents aplicacions que inclouen mesuradors de parell, hidròfons, dispositius d'escaneig de sonar, receptors de telèfon, etc.
Actualment, s'utilitza per fabricar diferents dispositius com motors lineals d'alta força, sistemes de control de soroll o vibració activa, ultrasons mèdics i industrials, posicionadors per a òptica adaptativa, bombes, etc.
Aquests transductors estan desenvolupats principalment per fabricar eines quirúrgiques, processament químic, processament de materials i sonar submarí.
Els transductors magnetoestrictius s'utilitzen per mesurar el parell desenvolupat per eixos rotatius dins de les parts mòbils de les màquines.
Aquesta aplicació de transductor es divideix en dos modes; implicant l'efecte Joule i l'altre és l'efecte Villari. Quan l'energia de magnètica a mecànica es converteix, s'utilitza per produir força en el cas dels actuadors i es pot utilitzar per detectar un camp magnètic en el cas dels sensors. Si l'energia de mecànica a magnètica es canvia, s'utilitza per detectar moviment o força.

Per tant, aquesta és una visió general del transductor magnetostrictiu. Aquest transductor també s'anomena transductor magnetoelàstic. Aquests transductors posseeixen una impedància d'entrada mecànica extremadament alta i són adequats per a la mesura de grans forces estàtiques i dinàmiques, acceleració i pressió. Són forts en característiques constructives i quan aquests transductors s'utilitzen com a transductors actius, la impedància de sortida serà baixa. Aquí tens una pregunta, què és Magnetostricció Fenomen?