IL trasduttore elettromeccanico è un dispositivo utilizzato per convertire un segnale elettrico in onde sonore o un'onda sonora in un segnale elettrico. Questi trasduttori sono più versatili e contengono dispositivi magnetostrittivi e piezoelettrici. Attualmente per le applicazioni ad ultrasuoni di potenza, ci sono due modelli di trasduttore di base utilizzati magnetostrittivo e piezoelettrico. UN trasduttore piezoelettrico utilizza la proprietà di un materiale piezoelettrico per convertire l'energia da elettrica a meccanica. Un trasduttore magnetostrittivo utilizza la proprietà di un materiale magnetostrittivo per convertire l'energia in energia meccanica all'interno di un campo magnetico. Qui, il campo magnetico viene fornito attraverso una bobina di filo che è ricoperta attorno al materiale magnetostrittivo. Quindi questo articolo discute una panoramica di a trasduttore magnetostrittivo – lavoro e sue applicazioni.

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Cos'è il trasduttore magnetostrittivo?

Un dispositivo utilizzato per modificare l'energia da energia meccanica a energia magnetica è noto come trasduttore magnetostrittivo. IL principio di funzionamento del trasduttore magnetostrittivo utilizza un tipo di materiale magnetico in cui un campo magnetico oscillante applicato comprimerà il atomi del materiale, crea un cambiamento periodico all'interno della lunghezza del materiale e produce una vibrazione meccanica ad alta frequenza. Questi tipi di trasduttori sono utilizzati principalmente nelle gamme di frequenza più basse e sono molto comuni nella lavorazione ad ultrasuoni e nelle applicazioni di pulizia ad ultrasuoni.

Trasduttore magnetostrittivo

Diagramma schematico del trasduttore magnetostrittivo

Il funzionamento di un trasduttore magnetostrittivo può essere descritto utilizzando il seguente diagramma schematico. Questo diagramma spiega la quantità di deformazione prodotta dalla magnetizzazione nulla a quella completa. Questo è diviso in attributi meccanici e magnetici discreti che sono impostati nel loro effetto sull'induzione magnetica e sulla deformazione del nucleo magnetostrittivo.

Schema del trasduttore magnetostrittivo

Nel primo caso, la figura c mostra che quando il campo magnetico non è applicato al materiale, allora anche la variazione di lunghezza sarà nulla con l'induzione magnetica prodotta. La quantità di campo magnetico (H) viene aumentata fino ai suoi limiti di saturazione (±Hsat). Ciò aumenta la deformazione assiale a 'esat'. Inoltre, il valore di magnetizzazione verrà aumentato al valore +Bsat mostrato in Figura-e o ridotto a –Bsat mostrato in figura.

Quando il valore 'Hs' è al suo punto massimo, è possibile raggiungere l'induzione magnetica e la massima saturazione della deformazione. Quindi, a questo punto, se tentiamo di aumentare il valore del campo, allora non cambierà il valore di magnetizzazione o il campo del dispositivo. Quindi, quando il valore del campo raggiunge la saturazione, i valori di deformazione e induzione magnetica aumenteranno e si sposteranno dall'esterno della figura centrale.

Nel secondo caso, quando il valore 'Hs' viene mantenuto fisso e se aumentiamo la quantità di forza sul materiale magnetostrittivo, la pressione di compressione all'interno del materiale aumenterà sul lato opposto con una diminuzione dei valori di deformazione assiale e magnetizzazione assiale . Nella figura-c, non sono disponibili linee di flusso a causa della magnetizzazione nulla mentre nella figura. b & figura. d ha linee di flusso magnetico di grandezza molto minore in base all'allineamento del dominio magnetico nel driver magnetostrittivo. La figura a ha linee di flusso ma il loro flusso sarà nella direzione opposta.

Figura. f mostra le linee di flusso basate sul campo 'Hs' applicato e sulla disposizione del dominio magnetico. Qui le linee di flusso prodotte vengono misurate con il principio dell'effetto Hall. Quindi questo valore sarà proporzionale alla forza o alla deformazione in ingresso.

Tipi di trasduttore magnetostrittivo

Esistono due tipi di trasduttori magnetostrittivi; magnetostrizione spontanea e magnetostrizione indotta dal campo.

Magnetostrizione spontanea

La magnetostrizione spontanea si verifica dall'ordinamento magnetico dei momenti atomici sotto la temperatura di Curie. Questo tipo di magnetostrizione è utilizzato nella lega a base di NiFe chiamata invar e mostra un aumento termico pari a zero fino alla sua temperatura di Curie.

La magnetizzazione di saturazione del materiale diminuisce al riscaldamento alla temperatura di Curie a causa di una diminuzione della quantità di disposizione dei momenti magnetici atomici. Quando questa disposizione e la magnetizzazione della saturazione si riducono, anche l'espansione del volume diminuisce attraverso la magnetostrizione spontanea e il materiale si contrae.

Nel caso invar, questa contrazione a causa della perdita spontanea di magnetostrizione è equivalente all'espansione causata dai metodi usuali di vibrazione termica e quindi il materiale mostrerà che non vi è alcun cambiamento nelle dimensioni. Ma al di sopra della temperatura di Curie, normalmente si verifica l'espansione termica e non c'è più alcun ordinamento magnetico.

Magnetostrizione indotta dal campo

La magnetostrizione indotta dal campo si verifica principalmente principalmente dalla disposizione del dominio magnetico su un'applicazione di campo applicata. Il materiale Terfenol mostra la più grande magnetostrizione utile, che è il mix di Tb, Fe e Dy. Il materiale terfenolo viene utilizzato per sensori di posizione, sensori di campo, attuatori meccanici e altoparlanti.

I sensori di carico (o) di disposizione magnetostrittiva funzionano semplicemente grazie al fatto che ogni volta che un materiale magnetostrittivo subisce una deformazione, la magnetizzazione del materiale cambierà. Di solito, gli attuatori di terfenolo includono un'asta di terfenolo che è disposta sotto compressione per disporre i domini magnetici rispetto alla lunghezza dell'asta in perpendicolare. Una bobina viene utilizzata attorno all'asta di terfenolo, un campo viene applicato all'asta per allineare i domini per tutta la sua lunghezza.

Differenza tra trasduttore magnetostrittivo e piezoelettrico

La differenza tra un trasduttore magnetostrittivo e piezoelettrico include quanto segue.

Trasduttore magnetostrittivo	Trasduttore piezoelettrico
Un trasduttore di magnetostrizione è un dispositivo utilizzato per convertire l'energia da energia meccanica a energia magnetica e viceversa.	Un sensore piezoelettrico è un dispositivo utilizzato per misurare i cambiamenti all'interno di accelerazione, pressione, temperatura, forza o deformazione trasformandoli in una carica elettrica.
Il trasduttore magnetostrittivo comprende un gran numero di lamine o lamine di nichel.	Il trasduttore piezoelettrico comprende un disco di materiale ceramico piezoelettrico a spessore singolo o doppio normalmente PZT (Lead Zirconate Titanate).
Il concetto di questo è cambiare la dimensione o la forma di un materiale magnetico al momento della magnetizzazione.	Il concetto di questo è l'accumulo di carica elettrica applicando una pressione meccanica.
Questo trasduttore è meno sensibile rispetto al trasduttore piezoelettrico a causa dell'azione del campo magnetico terrestre.	Questo trasduttore è più sensibile.
Questo trasduttore utilizza la proprietà del materiale magnetostrittivo.	Questo trasduttore utilizza la proprietà del materiale piezoelettrico.
Il motivo del tratto è ellittico.	Lo schema del tratto è lineare.
La gamma di frequenza va da 20 a 40kHz.	La gamma di frequenza va da 29 a 50kHz.
L'area attiva della punta è compresa tra 2,3 mm e 3,5 mm.	L'area attiva della punta è di 4,3 mm in base alla frequenza.

Come scegliere un trasduttore magnetostrittivo?

La selezione di un trasduttore magnetostrittivo può essere effettuata in base alle specifiche seguenti.

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Questo trasduttore deve utilizzare un tipo di materiale magnetico in modo che possa interagire e mappare le distanze in modo molto preciso.
Il trasduttore deve consentire misurazioni senza contatto e senza usura.
La sua portata deve essere compresa tra 50 e 2500 mm.
La sua risoluzione massima dovrebbe essere di circa 2 µm.
La linearità massima deve essere ±0,01 %.
La velocità di spostamento deve essere inferiore a 10 m/s.
L'uscita analogica è da 0 a 10 V, da 4 a 20 mA.
24 VDC ±20 % Tensione di alimentazione
Classe di protezione IP67
La temperatura di esercizio deve essere compresa tra -30..+75 °C.

Vantaggi e svantaggi

IL vantaggi di un trasduttore magnetostrittivo include il seguente.

Questi trasduttori sono affidabili, esenti da manutenzione, riducono significativamente il potenziale di errori operativi e tempi di fermo macchina
I trasduttori magnetostrittivi non hanno parti di contatto, quindi hanno una vita più lunga.
Questi sono più precisi rispetto ai trasduttori a contatto fisso.
Hanno una buona sensibilità, ispezione a lungo raggio, durata, facile implementazione, ecc.

IL svantaggi di un trasduttore magnetostrittivo include il seguente.

I trasduttori magnetostrittivi sono costosi.
Il trasduttore magnetostrittivo ha limiti di dimensioni fisiche, quindi è limitato a funzionare a frequenze inferiori a 30 kHz circa.

Applicazioni

IL applicazioni di un trasduttore magnetostrittivo include il seguente.

Il trasduttore magnetostrittivo viene utilizzato per la misurazione della posizione.
Questo trasduttore svolge un ruolo chiave nella conversione dell'energia meccanica in energia magnetica.
In precedenza, questo dispositivo veniva utilizzato in diverse applicazioni che includono misuratori di coppia, idrofoni, dispositivi di scansione sonar, ricevitori telefonici, ecc.
Attualmente viene utilizzato per realizzare diversi dispositivi come motori lineari ad alta forza, sistemi di controllo del rumore o vibrazioni attive, ultrasuoni medicali e industriali, posizionatori per ottiche adattive, pompe, ecc.
Questi trasduttori sono sviluppati principalmente per realizzare strumenti chirurgici, lavorazioni chimiche, lavorazioni di materiali e sonar subacquei.
I trasduttori magnetostrittivi sono utilizzati per la misura della coppia sviluppata da alberi rotanti all'interno di organi in movimento di macchine.
Questa applicazione del trasduttore è divisa in due modalità; implicando l'effetto Joule e l'altro è l'effetto Villari. Quando l'energia da magnetica a meccanica viene convertita, viene utilizzata per produrre forza nel caso di attuatori e può essere utilizzata per rilevare un campo magnetico nel caso di sensori. Se l'energia da meccanica a magnetica viene modificata, viene utilizzata per rilevare il movimento o la forza.

Quindi, questa è una panoramica del trasduttore magnetostrittivo. Questo trasduttore è anche chiamato trasduttore magneto-elastico. Questi trasduttori possiedono un'impedenza di ingresso meccanica estremamente elevata e sono adatti per la misurazione di grandi forze statiche e dinamiche, accelerazione e pressione. Sono forti nelle caratteristiche costruttive e quando questi trasduttori vengono utilizzati come trasduttori attivi, l'impedenza di uscita sarà bassa. Ecco una domanda per te, cos'è Magnetostrizione Fenomeno?