ο ηλεκτρομηχανικός μετατροπέας είναι μια συσκευή που χρησιμοποιείται για τη μετατροπή είτε ενός ηλεκτρικού σήματος σε ηχητικά κύματα είτε ενός ηχητικού κύματος σε ηλεκτρικό σήμα. Αυτοί οι μορφοτροπείς είναι πιο ευέλικτοι και περιέχουν μαγνητοσυσπαστικές και πιεζοηλεκτρικές συσκευές. Προς το παρόν για εφαρμογές υπερήχων ισχύος, υπάρχουν δύο βασικά σχέδια μετατροπέων που χρησιμοποιούνται μαγνητοσυσπαστικοί και πιεζοηλεκτρικοί. ΕΝΑ πιεζοηλεκτρικός μετατροπέας χρησιμοποιεί την ιδιότητα ενός πιεζοηλεκτρικού υλικού για τη μετατροπή της ενέργειας από ηλεκτρική σε μηχανική. Ένας μαγνητοσυσταλτικός μετατροπέας χρησιμοποιεί την ιδιότητα ενός μαγνητοσυσπαστικού υλικού για τη μετατροπή της ενέργειας σε μηχανική ενέργεια μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο. Εδώ, το μαγνητικό πεδίο παρέχεται μέσω ενός πηνίου σύρματος που καλύπτεται γύρω από το μαγνητοσυσταλτικό υλικό. Έτσι, αυτό το άρθρο εξετάζει μια επισκόπηση του α μαγνητοσυσταλτικός μετατροπέας – εργασία και οι εφαρμογές της.
Τι είναι ο Μαγνητοσυσταλτικός Μετατροπέας;
Μια συσκευή που χρησιμοποιείται για την αλλαγή της ενέργειας από μηχανική σε μαγνητική ενέργεια είναι γνωστή ως μαγνητοσυστολικός μορφοτροπέας. ο Αρχή λειτουργίας μαγνητοσυσπαστικού μορφοτροπέα χρησιμοποιεί έναν τύπο μαγνητικού υλικού όπου ένα εφαρμοζόμενο ταλαντούμενο μαγνητικό πεδίο θα πιέσει το άτομα του υλικού, δημιουργεί περιοδική αλλαγή στο μήκος του υλικού & παράγει μηχανική δόνηση με υψηλή συχνότητα. Αυτοί οι τύποι μορφοτροπέων χρησιμοποιούνται κυρίως στις χαμηλότερες περιοχές συχνοτήτων και είναι πολύ συνηθισμένοι σε εφαρμογές κατεργασίας υπερήχων και καθαριστικών υπερήχων.
Σχηματικό διάγραμμα μαγνητοσυσταλτικού μετατροπέα
Η λειτουργία ενός μαγνητοσυσταλτικού μορφοτροπέα μπορεί να περιγραφεί χρησιμοποιώντας το ακόλουθο σχηματικό διάγραμμα. Αυτό το διάγραμμα εξηγεί την ποσότητα παραμόρφωσης που παράγεται από τη μηδενική έως την πλήρη μαγνήτιση. Αυτό χωρίζεται σε διακριτά μηχανικά και μαγνητικά χαρακτηριστικά που καθορίζονται στην επίδρασή τους στη μαγνητική επαγωγή και στη μαγνητοσυστολική τάση του πυρήνα.
Στην πρώτη περίπτωση, το σχήμα c δείχνει όταν το μαγνητικό πεδίο δεν εφαρμόζεται στο υλικό, τότε η μεταβολή στο μήκος είναι επίσης μηδενική με την παραγόμενη μαγνητική επαγωγή. Η ποσότητα του μαγνητικού πεδίου (H) αυξάνεται στα όρια κορεσμού (±Hsat). Αυτό αυξάνει την αξονική τάση σε 'esat'. Επιπλέον, η τιμή μαγνήτισης θα αυξηθεί στην τιμή +Bsat που φαίνεται στο Σχήμα-e ή θα μειωθεί σε –Bsat που φαίνεται στο σχήμα.
Όταν η τιμή «Hs» βρίσκεται στο μέγιστο σημείο της, τότε μπορεί να επιτευχθεί η μαγνητική επαγωγή και ο υψηλότερος κορεσμός παραμόρφωσης. Σε αυτό το σημείο λοιπόν, εάν επιχειρήσουμε να αυξήσουμε την τιμή του πεδίου, τότε δεν θα αλλάξει η τιμή ή το πεδίο μαγνήτισης της συσκευής. Έτσι, όταν η τιμή του πεδίου φτάσει σε κορεσμό, τότε οι τιμές καταπόνησης και μαγνητικής επαγωγής θα αυξηθούν και θα μετακινηθούν από το εξωτερικό του κεντρικού σχήματος.
Στη δεύτερη περίπτωση, όταν η τιμή «Hs» διατηρείται σταθερή και αν αυξήσουμε την ποσότητα της δύναμης στο μαγνητοσυστολικό υλικό, τότε η συμπιεστική πίεση εντός του υλικού θα ανέβει στην πίσω πλευρά με μείωση της αξονικής τάσης και των τιμών αξονικής μαγνήτισης . Στο σχήμα-γ, δεν υπάρχουν διαθέσιμες γραμμές ροής λόγω μηδενικής μαγνήτισης ενώ στο Σχήμα. β & σχήμα. Το d έχει γραμμές μαγνητικής ροής πολύ μικρότερου μεγέθους που βασίζονται στην ευθυγράμμιση της μαγνητικής περιοχής στον μαγνητοσυστολικό οδηγό. Το σχήμα-α έχει γραμμές ροής αλλά η ροή τους θα είναι προς την αντίστροφη κατεύθυνση.
Εικόνα. Το f δείχνει τις γραμμές ροής με βάση το εφαρμοσμένο πεδίο «Hs» και τη διάταξη μαγνητικού πεδίου. Εδώ οι παραγόμενες γραμμές ροής μετρώνται με την αρχή του φαινομένου Hall. Άρα αυτή η τιμή θα είναι ανάλογη με τη δύναμη ή την τάση εισόδου.
Τύποι μαγνητοσυσταλτικών μορφοτροπέων
Υπάρχουν δύο τύποι μαγνητοσυσταλτικών μετατροπέων. αυθόρμητη μαγνητοσυστολή και μαγνητοσυστολή που προκαλείται από πεδίο.
Αυθόρμητη Μαγνητοσυστολή
Η αυθόρμητη μαγνητοσυστολή προκύπτει από τη μαγνητική διάταξη των ατομικών ροπών κάτω από τη θερμοκρασία Κιουρί. Αυτός ο τύπος μαγνητοσυστολής χρησιμοποιείται στο κράμα με βάση το NiFe που ονομάζεται invar και παρουσιάζει μηδενική θερμική αύξηση μέχρι τη θερμοκρασία curie του.
Η μαγνήτιση κορεσμού του υλικού μειώνεται κατά τη θέρμανση στη θερμοκρασία Κιουρί λόγω μείωσης εντός της ποσότητας της διάταξης των ατομικών μαγνητικών ροπών. Όταν αυτή η διάταξη και η μαγνήτιση κορεσμού μειώνονται, η επέκταση του όγκου μειώνεται επίσης μέσω της αυθόρμητης μαγνητοσυστολής & των συστολών του υλικού.
Στην περίπτωση invar, αυτή η συστολή λόγω αυθόρμητης απώλειας μαγνητοσυστολής είναι ισοδύναμη με τη διαστολή που προκαλείται μέσω των συνηθισμένων μεθόδων θερμικής δόνησης και ως εκ τούτου το υλικό θα δείξει ότι δεν υπάρχει αλλαγή στις διαστάσεις. Αλλά πάνω από τη θερμοκρασία Curie, συνήθως συμβαίνει θερμική διαστολή και δεν υπάρχει πλέον μαγνητική διάταξη.
Μαγνητοσυστολή που προκαλείται από το πεδίο
Η επαγόμενη από το πεδίο μαγνητοσυστολή εμφανίζεται κυρίως από τη διάταξη του μαγνητικού πεδίου σε μια εφαρμογή εφαρμοσμένου πεδίου. Το υλικό Terfenol παρουσιάζει τη μεγαλύτερη χρήσιμη μαγνητοσυστολή, που είναι το μείγμα Tb, Fe και Dy. Το υλικό Terfenol χρησιμοποιείται για αισθητήρες θέσης, αισθητήρες πεδίου, μηχανικούς ενεργοποιητές και ηχεία.
Οι αισθητήρες μαγνητοσυστολής διάταξης (ή) φορτίου απλώς λειτουργούν μέσω του γεγονότος ότι κάθε φορά που ένα μαγνητοσυσταλτικό υλικό υφίσταται τάση, η μαγνήτιση του υλικού θα αλλάξει. Συνήθως, οι ενεργοποιητές Terfenol περιλαμβάνουν μια ράβδο Terfenol που είναι διατεταγμένη υπό συμπίεση για να διευθετήσει τις μαγνητικές περιοχές στο μήκος της ράβδου σε κάθετη θέση. Ένα πηνίο χρησιμοποιείται γύρω από τη ράβδο Terfenol, ένα πεδίο εφαρμόζεται στη ράβδο για να ευθυγραμμιστούν οι περιοχές σε όλο το μήκος της.
Διαφορά μεταξύ Μαγνητοσυσταλτικού και Πιεζοηλεκτρικού Μετατροπέα
Η διαφορά μεταξύ ενός μαγνητοσυσταλτικού και ενός πιεζοηλεκτρικού μετατροπέα περιλαμβάνει τα ακόλουθα.
|
Μαγνητοσυσταλτικός Μετατροπέας |
Πιεζοηλεκτρικός Μετατροπέας |
| Ο μετατροπέας μαγνητοσυστολής είναι μια συσκευή που χρησιμοποιείται για τη μετατροπή ενέργειας από μηχανική σε μαγνητική ενέργεια και αντίστροφα.
|
Ένας πιεζοηλεκτρικός αισθητήρας είναι μια συσκευή που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση των αλλαγών στην επιτάχυνση, την πίεση, τη θερμοκρασία, τη δύναμη ή την καταπόνηση μετατρέποντάς τις σε ηλεκτρικό φορτίο. |
| Ο μαγνητοσυσταλτικός μετατροπέας περιλαμβάνει μεγάλο αριθμό πλακών ή ελασμάτων νικελίου.
|
Ο πιεζοηλεκτρικός μετατροπέας περιλαμβάνει έναν δίσκο από πιεζοηλεκτρικό κεραμικό υλικό μονής ή διπλού πάχους συνήθως PZT (Lead Zirconate Titanate). |
| Η ιδέα αυτού είναι να αλλάξει η διάσταση ή το σχήμα ενός μαγνητικού υλικού κατά τη μαγνήτιση. | Η έννοια αυτού είναι η συσσώρευση ηλεκτρικού φορτίου με την εφαρμογή μηχανικής πίεσης. |
| Αυτός ο μορφοτροπέας είναι λιγότερο ευαίσθητος σε σύγκριση με τον πιεζοηλεκτρικό μορφοτροπέα λόγω της δράσης του μαγνητικού πεδίου της γης. | Αυτός ο μετατροπέας είναι πιο ευαίσθητος. |
| Αυτός ο μορφοτροπέας χρησιμοποιεί την ιδιότητα του μαγνητοσυσταλτικού υλικού. | Αυτός ο μορφοτροπέας χρησιμοποιεί την ιδιότητα του πιεζοηλεκτρικού υλικού. |
| Το μοτίβο κτυπήματος είναι ελλειπτικό. | Το μοτίβο κτυπήματος είναι γραμμικό. |
| Το εύρος συχνοτήτων είναι από 20 έως 40 kHz. | Το εύρος συχνοτήτων είναι από 29 έως 50 kHz. |
| Η περιοχή ενεργού άκρου είναι 2,3 mm έως 3,5 mm. | Η περιοχή ενεργού άκρου είναι 4,3 mm με βάση τη συχνότητα. |
Πώς να επιλέξετε έναν μαγνητοσυσταλτικό μορφοτροπέα;
Η επιλογή ενός μαγνητοσυσταλτικού μορφοτροπέα μπορεί να γίνει με βάση τις παρακάτω προδιαγραφές.
- Αυτός ο μορφοτροπέας πρέπει να χρησιμοποιεί έναν τύπο μαγνητικού υλικού έτσι ώστε να μπορεί να αλληλεπιδρά και να χαρτογραφεί τις αποστάσεις με ακρίβεια.
- Ο μορφοτροπέας πρέπει να επιτρέπει μετρήσεις χωρίς επαφή και χωρίς φθορά.
- Το εύρος του πρέπει να είναι από 50 έως 2500 mm.
- Η μέγιστη ανάλυσή του πρέπει να είναι περίπου 2 μm.
- Η μέγιστη γραμμικότητα πρέπει να είναι ±0,01 %.
- Η ταχύτητα μετατόπισης πρέπει να είναι μικρότερη από 10 m/s.
- Η αναλογική έξοδος είναι 0 έως 10 V, 4 έως 20 mA.
- 24 VDC ±20 % Παροχή τάσης
- Κλάση προστασίας IP67
- Η θερμοκρασία λειτουργίας πρέπει να κυμαίνεται από -30..+75 °C.
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα
ο πλεονεκτήματα ενός μαγνητοσυστολικού μετατροπέα περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.
- Αυτοί οι μορφοτροπείς είναι αξιόπιστοι, χωρίς συντήρηση, μειώνουν σημαντικά την πιθανότητα λειτουργικών σφαλμάτων και χρόνου διακοπής λειτουργίας του μηχανήματος
- Οι μαγνητοσυσταλτικοί μετατροπείς δεν έχουν μέρη επαφής, επομένως έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής.
- Αυτοί είναι πιο ακριβείς σε σύγκριση με τους μετατροπείς σταθερής επαφής.
- Έχουν καλή ευαισθησία, επιθεώρηση μεγάλης εμβέλειας, αντοχή, εύκολη εφαρμογή κ.λπ.
ο μειονεκτήματα ενός μαγνητοσυσταλτικού μορφοτροπέα περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.
- Οι μαγνητοσυσταλτικοί μετατροπείς είναι ακριβοί.
- Ο μαγνητοσυσταλτικός μορφοτροπέας έχει περιορισμούς φυσικού μεγέθους, επομένως περιορίζεται να λειτουργεί σε συχνότητες κάτω των 30 kHz περίπου.
Εφαρμογές
ο εφαρμογές ενός μαγνητοσυσταλτικού μετατροπέα περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.
- Ο μαγνητοσυσταλτικός μετατροπέας χρησιμοποιείται για τη μέτρηση θέσης.
- Αυτός ο μορφοτροπέας παίζει βασικό ρόλο στη μετατροπή της μηχανικής ενέργειας σε μαγνητική ενέργεια.
Προηγουμένως, αυτή η συσκευή είχε χρησιμοποιηθεί σε διάφορες εφαρμογές που περιλαμβάνουν μετρητές ροπής, υδρόφωνα, συσκευές σάρωσης σόναρ, δέκτες τηλεφώνου κ.λπ. - Προς το παρόν, χρησιμοποιείται για την κατασκευή διαφορετικών συσκευών όπως γραμμικούς κινητήρες υψηλής ισχύος, συστήματα ελέγχου θορύβου ή ενεργούς δόνησης, ιατρικούς και βιομηχανικούς υπερήχους, ρυθμιστές θέσης για προσαρμοστικά οπτικά, αντλίες κ.λπ.
- Αυτοί οι μετατροπείς έχουν αναπτυχθεί κυρίως για την κατασκευή χειρουργικών εργαλείων, χημικής επεξεργασίας, επεξεργασίας υλικών και υποβρύχιων σόναρ.
- Οι μαγνητοσυσταλτικοί μετατροπείς χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της ροπής που αναπτύσσεται από περιστροφικούς άξονες στα κινούμενα μέρη των μηχανών.
- Αυτή η εφαρμογή μετατροπέα χωρίζεται σε δύο τρόπους λειτουργίας. υπονοώντας το φαινόμενο Joule και το άλλο είναι το φαινόμενο Villari. Όταν η ενέργεια από μαγνητική σε μηχανική μετατρέπεται, τότε χρησιμοποιείται για την παραγωγή δύναμης στην περίπτωση ενεργοποιητών και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση μαγνητικού πεδίου στην περίπτωση αισθητήρων. Εάν η ενέργεια από μηχανική σε μαγνητική αλλάξει, τότε χρησιμοποιείται για την ανίχνευση κίνησης ή δύναμης.
Έτσι, αυτή είναι μια επισκόπηση του μαγνητοσυσταλτικού μορφοτροπέα. Αυτός ο μορφοτροπέας ονομάζεται επίσης μαγνητοελαστικός μετατροπέας. Αυτοί οι μορφοτροπείς διαθέτουν εξαιρετικά υψηλή μηχανική αντίσταση εισόδου και είναι κατάλληλοι για τη μέτρηση μεγάλων στατικών και δυναμικών δυνάμεων, επιτάχυνσης και πίεσης. Είναι ισχυρά κατασκευαστικά χαρακτηριστικά και όταν αυτοί οι μορφοτροπείς χρησιμοποιούνται ως ενεργοί μορφοτροπείς, η αντίσταση εξόδου θα είναι χαμηλή. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, τι είναι Μαγνητοσυστολή Φαινόμενο?
