Физические основы создания магнитоупругих измерительных преобразователей

Магнитоупругий анизотропный эффект проявляет себя в ферромагнитных материалах. Если в материале полностью отсутствуют упругие напряжения и внешние магнитные поля, то вектора магнетонов ориентируются по осям кристаллической решетки (по кристаллографическим направлениям). Состояние равновесия нарушается, если появляется внешнее магнитное поле или механическое напряжение (σ). При этом устанавливается новое состояние равновесия самопроизвольной намагниченности.

,                       (5.24)

где:   

Ен – объемная энергия внешнего магнитного поля (соответствует работе, затрачиваемой внешним магнитным полем, на поворот вектора намагниченности до совпадения с вектором внешнего магнитного поля);

Еσ – объемная энергия магнитоупругой анизотропии (соответствует работе, которую нужно затратить на поворот вектора намагниченности против упругих напряжений);

Ек – свободная энергия недеформированного кристалла (соответствует работе, которую нужно совершить, чтобы нарушить порядок в кристалле).

При слабых внешних полях магнитоупругий эффект выражен сильнее для изотропных материалов. При сильных токах намагничивания магнитоупругий анизотропный эффект проявляется слабее. При механическом воздействии в магнитоупругом элементе происходит смещение границ доменов, поворот их векторов намагниченности. Незначительные смещения обратимы, при этом устанавливается новое состояние со своим минимумом энергии.  

Продифференцировав полную энергию по углу, получим сумму моментов сил по определенным направлениям относительно кристаллографических осей. В состоянии равновесия сумма всех моментов равно нулю:

                            (5.25)

Показателем нелинейности, способности к усилению измеряемого воздействия является коэффициент магнитоупругой тензочувствительности материала:

,                                 (5.26)

где - относительная деформация магнитопровода.

Широко применяется в измерительных устройствах магнитоупругий анизотропный эффект, например, для создания чувствительных элементов конструктивно простых и надежных датчиков статических усилий.

Рисунок 5.35 Принцип работы магнитоупругого анизотропного преобразователя усилий.

 

Принцип работы таких устройств основан на том, что под действием измеряемого усилия, приложенного к чувствительному элементу, выполненному в форме куба с двумя взаимно перпендикулярно расположенными входной и выходной обмотками, происходит вытеснение магнитного поля в направлении области с большей магнитной проницаемостью. Это приводит к тому, что в выходной обмотке датчика появляется напряжение, пропорциональное измеряемому усилию. При изменении направления усилия меняется фаза выходного напряжения. Эффект деформации поля вызывает незначительные изменения индуктивности, но приводит к значительному изменению потокосцепления двух обмоток.

Рисунок 5.36 Функциональные зависимости магнитоупругого анизотропного преобразователя усилий.

 

Определяющую роль в механизме тензочувствительности таких датчиков  играет управление в функции измеряемого воздействия взаимной ориентацией направлений магнитного поля и вектора механических напряжений в ферромагнетике.

 

⇐ Предыдущая41424344454647484950Следующая ⇒

Поделиться: