Sensores magnetoelásticos

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Los sensores magnetoelásticos (transductores magnetoelásticos) son convertidores de fuerzas mecánicas (flexión, torsión, compresión, tensión), deformaciones o presión en cantidades eléctricas - voltaje o corriente. El principio de funcionamiento de los sensores magnetoelásticos se basa en el efecto magnetoelástico .

Conceptos básicos

Los materiales ferromagnéticos utilizados en los sensores magnetoelásticos tienen una dependencia diferente de la permeabilidad magnética de la tensión mecánica : por ejemplo, en permalloy , al aumentar la fuerza de tracción, la permeabilidad magnética disminuye, mientras que en el níquel  aumenta. Esto se debe a diferentes magnetostricciones : el permalloy tiene una magnetostricción positiva (se alarga bajo la influencia de un campo magnético), y el níquel tiene una magnetostricción negativa, y algunos ferroimanes (por ejemplo, el hierro ) tienen un signo de magnetostricción dependiendo de la dirección del flujo magnético relativo a la dirección cristalográfica del material. Cuantitativamente, la sensibilidad de un sensor magnetoelástico se expresa mediante el coeficiente de sensibilidad :

,

donde  - incremento de la permeabilidad magnética  - valor absoluto de la permeabilidad magnética  - esfuerzo mecánico de tensión (compresión).

Variedades de sensores magnetoelásticos

Los sensores magnetoelásticos se dividen en:

Sensor magnetoelástico del acelerador

Es un devanado puesto sobre un alma de material ferromagnético de tipo armadura o varilla. Con la acción mecánica externa y la aparición de tensiones mecánicas en el núcleo, se produce un cambio en la permeabilidad magnética , la inductancia del devanado y la resistencia inductiva . Cuando dicho sensor se conecta en serie en el circuito entre la fuente de EMF variable y la carga y se aplica una acción mecánica al núcleo, se observará un cambio en la corriente en el circuito y, como resultado, un cambio en el voltaje a través de la carga.

Sensor magnetoelástico de transformador

Este sensor consta de dos devanados enrollados en un núcleo con las propiedades magnetoelásticas necesarias y es un transformador , mientras que uno de los devanados (primario) está conectado a una fuente EMF variable y el otro (secundario) está conectado a la carga. La aparición de tensiones mecánicas en el núcleo provoca un cambio en la permeabilidad magnética y, por tanto, un cambio en la inductancia mutua entre los devanados y una tensión diferente inducida en el devanado secundario.

Hay otro tipo de sensor magnetoelástico de transformador: sensor magnetoelástico de transformador de derivación , en el que hay un devanado primario en una varilla central, un devanado secundario en la otra, la varilla central del núcleo no tiene devanado (varilla de derivación) y dado que el camino dado que el flujo magnético a través de la varilla de derivación es más corto y la sección transversal de la varilla de derivación es mayor, ese flujo magnético del devanado primario prácticamente no ingresa a la varilla con el devanado secundario, pero cuando se aplica una fuerza a la varilla de derivación (con magnetoestricción positiva), su permeabilidad magnética disminuye y el flujo comienza a cerrarse a través de la varilla con el devanado secundario, en el que aparece el voltaje .

En un sensor magnetoelástico de transformador diferencial, el devanado primario está ubicado en la varilla central, y en las dos varillas laterales hay dos devanados secundarios con los mismos parámetros, mientras que los devanados secundarios se encienden en direcciones opuestas, por lo tanto, en la carga (sin aplicar tensión mecánica al sensor), el voltaje total es cero, cuando la tensión mecánica en una de las varillas, el equilibrio se altera y aparece un voltaje eléctrico en la carga .

Para determinar los esfuerzos mecánicos en varios planos, los devanados con núcleos se instalan en diferentes direcciones en el sistema magnético.

Transductores magnetoanisotrópicos (presductores)

En los presductores, la fuerza se aplica al núcleo en la dirección de 45° a los ejes de los devanados primario y secundario (que son perpendiculares entre sí). Con este diseño, en un núcleo descargado, el flujo del devanado primario no cubre las espiras del secundario y no se induce FEM en este último, cuando se aplica fuerza al núcleo, el flujo magnético cubre las espiras del devanado secundario. y aparece una señal en la carga.

Transductores magnetoisotópicos de bobina de electrodo

Los transductores magnetoisotrópicos de bobina de electrodo se utilizan para determinar las fuerzas mecánicas de torsión. Para ello, se conectan electrodos al núcleo ferromagnético, y cuando se les aplica corriente desde un circuito externo, se crean flujos magnéticos circulantes que no atraviesan el devanado secundario ubicado en el núcleo. Cuando se aplican fuerzas de torsión, se induce un EMF en el devanado secundario.

Sensores magnetoelásticos de resistencia eléctrica (sin viento)

En tales sensores, se mide la caída de voltaje en el núcleo ferromagnético mismo: se suministra corriente a algunos electrodos ubicados en los bordes desde una fuente de alimentación externa , y se elimina una caída de voltaje proporcional a la fuerza mecánica externa de un par de otros instalados más cerca al medio

Sensores magnetoelásticos Selsyn

Los sensores Selsyn tienen dos devanados de excitación mutuamente perpendiculares, uno de los cuales está ubicado en el elemento sensible al que se aplica la fuerza; el devanado de control también está ubicado en las ranuras del elemento sensor en forma de disco. Cuando se aplica una fuerza al elemento sensible, se produce un desequilibrio de fase entre los devanados y los giros del rotor del sensor.

Literatura