materiale si traductoare magnetostrictive
Post on 23-Oct-2015
399 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
MATERIALE MAGNETOSTRICTIVE
Generalități
Materialele magnetostrictive sunt utilizate pe scara larga în diverse domenii tehnologice.
Aceste materiale pot fi utilizate ca senzori magnetomecanici, tranductori, linii de întârzâiere,
memorii magnetice,benzi de înregistrare etc. Istoria materialelor magnetostrictive este relativ
veche si este paralela cu istoria materialelor magnetice deoarece majoritatea materialelor
magnetice sunt si magnetostrictive (îsi modifica dimensiunile sub actiunea unui câmp magnetic
exterior). În anul 1842 Joule descopera pentru prima data fenomenul de magnetostrictiune la
nichel, iar în anul 1865 Villari descopera efectul magnetostrictiv invers.
Fenomenul magnetostrictiv poate fi explicat prin următorul fenomen: o bara din material
feromagnetic isi modifica dimensiunile sub actiunea unui camp magnetic extern. Efectul
magnetostrictiv este un efect par deoarece semnul deformatiei nu se schimba la variatia sensului
campului magnetic. Intr-un material ferromagnetic, magnetostrictiunea se manifesta in interiorul
fiecarui domeniu magnetic datorita deformarii spontane a retelei cristaline in directia vectorului
magnetizarii spontane, dar din cauza orientarii haotice a domeniilor deformarea medie este nula.
In momentul aplicari unui camp magnetic, prin orientarea domeniilor pe directia campului apare
o deformare neta a probei.
Proprietatile dinamice ale materialelor magnetostrictive se obtin din conditia ca forta de
magnetostrictiume Fm , forta elestica interna Fi si forta inertiala externa a mediului F sa se
echilibreze.
Materialele magnetostrictive se impart in doua categorii:
- Materiale magnetostrictive metalice
- Materiale magnetostrictive ceramice.
Dintre materialele metalice cel mai des utilizate sunt: nichelul, aliajele de nichel si
aluminiu, de fier si aluminiu, de fier si nichel si aliaje de fier si cobalt. Acestea sunt fabricate sub
forma unor benzi laminate la rece, precum si sub forma de tuburi. Ceramicile magnetostrictive
sunt ferite din pulberi de oxizi de fier, zinc, nichel, mangan, cobalt, omogenizate, presate in
forme si dimensiunile dorite si sinterizate la temperature de aproximativ 1300 – 1400 oC.
Materialele magnetostrictve metalice sunt utilizate frecvent in traductoare, datorita rezistentei
mari la solicitari mecanice si temperaturi Curie ridicate.
Aceste fenomene nu si-au gasit aplicatii practice pâna când nu au fost descoperite (1963)
materiale cu magnetostrictiune mare (1000ppm) precum pamânturile rare Tb, Dy, dar care au
temperaturi Curie relativ mici si a unor aliaje între pamânturile rare si Fe (TbFe2, SmFe2) sau
între pamânturile rare si Ni sau Co (1971-1972) [5] care prezinta temperaturi Curie mai mari
decât cea a mediului ambiant. Unii dintre acesti compusi prezinta temperaturi Curie mult mai
ridicate (pâna la 1000 K), însa magnetostrictiunea lor la 25°C are valori moderate. Compusii de
tip Laves (TbFe2 Terfenol, SmFe2) prezinta magnetostrictiuni gigant
la temperatura camerei dar se satureaza magnetic în câmpuri magnetice extrem de mari (8MA/m)
(cu doua ordine de marime mai mari decât câmpul magnetic necesar pentru a se obtine
magnetostrictiunea de saturatie a Ni sau Fe). A.E. Clark si Colab propun un material care sa
combine o magnetostrictiune gigant si o anizotropie magnetica moderata.
În anul 1994 s-au preparat materiale compozite formate din doua faze: Terfenol D
înglobat în matricea unui polimer, apoi în 1998 este descoperit Galfenolul (Fe-Ga, Fe-Al) de
asemenea un material cu magnetostrictiune importanta. În 2002 au fost create materiale
compozite particulate orientate cu magnetostrictiune importanta iar în prezent cercetarile sunt
axate pe dezvoltarea de materiale magnetoelectrice.
Magnetostricţiunea apare în toate materialele magnetice ca efect al magnetizării acestora,
fenomenul fiind observat chiar şi în materialele paramagnetice şi se manifestă prin modificarea
dimensiunilor acestora. Uneori, magnetostricţiunea este în detrimentul unor aplicaţii practice ale
materialelor magnetice, întrucât tinde să împiedice procesele de magnetizare şi să crească
valorile câmpului coercitiv şi pierderile prin histerezis magnetic. Ca urmare, este indicat ca
apariţia fenomenului de magnetostricţiune să fie evitată sau minimalizată în aplicaţii cum ar fi
capuri de înregistrare magnetică şi transformatoare electrice.
Pe de altă parte, materialele cu magnetostricţiune mare (respectiv gigant) sunt utilizate cu
succes în senzori şi actuatori, datorită variaţiei magnetizaţiei în funcţie de tensiunile mecanice
externe aplicate şi respectiv variaţiei dimensiunilor geometrice în funcţie de câmpul magnetic
aplicat.
Din punct de vedere fenomenologic, magnetostricţiunea poate fi de două tipuri:
1) magnetostricţiune spontană, care apare într-un material cu proprietăţi magnetice atunci
când acesta este răcit în câmp magnetic extern nul, la temperaturi mai mici decât
temperatura Curie. Materialul trece din starea paramagnetică intr-o stare ordonată
magnetic cu structură caracteristică de domenii magnetice;
2) magnetostricţiune indusă, care apare ca rezultat al reorientării domeniilor magnetice la
aplicarea unui câmp magnetic extern.
Din punct de vedere al aplicaţiilor, magnetostricţiunea indusă este cea care determină
alegerea unui anumit tip de material magnetostrictiv. Magnetostricţiunea liniară, X, apare pentru
o magnetizare a materialului mai mică decât cea de saturaţie, şi este definită ca modificarea
relativă în lungime a materialului sub influenţa unui câmp magnetic extern. Dacă valoarea
câmpului magnetic aplicat eşantionului creşte până la valori comparabile cu cele necesare pentru
a se ajunge la saturaţi.
Magnetostricţiunea compuşilor intermetalici Pământ Rar – Fe
Deşi fenomenul magnetostricţiunii este cunoscut de mai bine de un secol şi jumătate,
aplicaţiile pe baza acestuia au apărut mult mai târziu, odată cu descoperirea în 1963 a
magnetostricţiunii gigant a Tb şi Dy la temperaturi joase. însă aceste materiale prezentau unele
inconveniente. In primul rând, toate pământurile rare (PR) prezintă temperaturi Curie mai mici
decât temperatura mediului ambiant (25- 30°C). Pentru a creşte valorile temperaturii Curie,
pământurile rare magnetostrictive ca Tb şi Dy au fost aliate cu metale magnetice de tranziţie (Ni,
Fe şi Co). Unii dintre aceşti compuşi prezintă temperaturi Curie mult mai ridicate (până la 1000
K), însă magnetostricţiunea lor la 25°C are valori moderate. In anul 1971, s-a descoperit că
compuşii de tip Laves PRFe2 (TbFe2, SmFe2) prezintă magnetostricţiuni gigant la temperatura
mediului ambient.
Deşi valorile magnetostricţiunii sunt extrem de mari, anizotropiile magnetice ale acestor
compuşi sunt de asemenea foarte mari, ceea ce face ca magnetostricţiunile de saturaţie să se
obţină pentru câmpuri magnetice externe extrem de mari (cu două ordine de mărime mai mari
decât cele neceasre pentru a se obţine magnetostricţiunea de saturaţie a Ni sau Fe). S-a presupus
atunci că magnetostricţiunea mare şi anizotropia magnetică mică sunt două mărimi antagonice şi
incompatibile. Insă studiile teoretice au arătat că dacă doi compuşi pe bază de pământuri rare au
anizotropii magnetice de semne opuse şi magnetostricţiuni de acelaşi semn, atunci s-ar putea
obţine un material care să combine o magnetostricţiune gigant şi anizotropie magnetică
moderată.
Acest material a fost descoperit de către A.E. Clark şi Colab. de la Naval Ordonance
Laboratory, şi avea în compoziţie Tb şi Dy. Acest compus a fost numit Terfenol-D ("Ter" de la
terbiu, "fe" de la fier, "nol" de la Naval Ordonance Laboratory şi "D" de la dysprosiu).
Terfenolul-D are însă şi dezavantaje: este un material scump şi sensibil la coroziune din cauza
prezenţei Tb şi Dy, dar este şi fragil din punct de vedere mecanic. De aceea, pentru unele
aplicaţii se preferă utilizarea unor materiale compozite pe bază de Terfenol-D, care au proprietăţi
mecanice mult mai bune şi preţuri de cost mult mai scăzute.
Materiale amorfe magnetostrictive
Dacă în cazul actuatorilor, Terfenolul-D este cel mai utilizat material magnetostrictriv, în
cazul senzorilor principalul rol îl joacă materialele metalice amorfe magnetostrictive. Cele mai
bune materiale pentru senzori sunt cele care au coeficient de magnetostrictiune ridicat şi care
sunt capabile sa convertească energia elastică în energie magnetică şi vice-versa, cu o eficienţă
care se apropie de 100% prin minimizarea pierderilor de material . Această condiţie favorizează
materialele cu coeficient de cuplaj magnetomecanic mare şi cu pierderi cât mai reduse.
In cazul senzorilor, un parametru important care trebuie optimizat este
magnetostrictivitatea, care caracterizează de asemenea sensibilitatea magnetizării materialului în
prezenţa unei tensiuni mecanice aplicate. Dacă iniţial s-a utilizat Ni magnetostrictiv (foarte
vulnerabil la şocurile mecanice) în detectoarele de tip sonar, ulterior acesta a fost înlocuit cu
ceramicile piezo-electrice. In anii '80 s-a obţinut primul material metalic amorf cu caracteristici
magnetoelastice excelente, Metglas(R) 2605 SC, acesta fiind un competitor foarte puternic pentru
ceramicile piezo-electrice.
Magnetostrictivitatea poate fi crescută prin tratarea materialului. Tratamentele au rolul de
a reduce tensiunile interne induse în procesul de preparare a benzilor metalice amorfe prin răcire
rapidă din topitură pe disc metalic în rotaţie, şi de a creşte permeabilitatea magnetică iniţială, fară
a modifica semnificativ magnetostricţiunea de saturaţie.
In cazul materialelor metalice amorfe, tratamentul la temperaturi sub temperatura de
cristalizare, Tx, induce relaxarea structurală şi modifică nesemnificativ A s, în timp ce
tratamentele peste temperatura de cristalizare modifică puternic A s datorită modificării ordinii
atomice locale.
Efectul magnetoelastic invers stă la baza principiului de funcţionare a numeroase tipuri
de senzori pe bază de materiale metalice amorfe: senzori de forţă, senzori de torsiune, senzori de
presiune. Geometria acestor senzori poate varia în multiple moduri, dar principiul de lucru este
acelaşi: o bobină de detecţie măsoară variaţia fluxului magnetic generată de modificările induse
de tensiunea mecanică aplicată asupra benzilor metalice amorfe saturate magnetic.
Efectul magnetostrictiv direct poate fi de asemenea utilizat în funcţionarea senzorilor de
câmp, întrucât datorită caracteristicilor magnetice speciale ale materialelor metalice amorfe se
pot detecta câmpuri magnetice de valori foarte mici.
Feritele magnetostrictive
Feritele sunt materiale ferimagnetice, care se clasifică în două grupe: ferite moi şi ferite
dure. Feritele moi prezintă permeabilitate magnetică mare, coercitivităţi reduse şi rezistivităţi
electrice ridicate, proprietăţi care le fac utilizabile în aplicaţiile la frecvenţe înalte deşi
magnetizaţia lor de saturaţie este destul de redusă Feritele moi au în general structuri cubice de
tip spinel sau garnet. Feritele dure sunt materiale puternic anizotrope cu structuri hexagonale.
Feritele spinelice au în general formula chimică M0Fe203, unde M poate fi Ni, Fe, Co,
Ti, Cr, Mn, Cu sau Zn. Celula unitate a unei ferite de tip MOFe2C)3 conţine 56 de atomi din care
32 de atomi de oxigen, 8 atomi bivalenţi de tip M2+ şi 13 atomi trivalenţi de Fe3+. Atomii de
oxigen formează o structură compactă de tip cub cu fete centrate (cfc) în care ionii metalici pot
ocupa 2 tipuri de poziţii interstiţiale: poziţii tetraedrale (de tip A) şi poziţii octaedrale (de tip B).
Ionii care ocupa poziţiile tetraedrale au ca vecini 4 atomi de oxigen situaţi în vârfurile unui
tetraedru, iar cei care ocupa poziţiile octaedrale au ca vecini 6 atomi de oxigen aşezaţi în
vârfurile unui octaedru. In celula elementară se găsesc 32 de poziţii octaedrice şi 64 de poziţii
tetraedrice, din care doar 16, respectiv 8 sunt ocupate de ioni metalici.
Intr-un spinel normal, ionii M ocupă locurile (A) şi Fe ocupă locurile (B). Modul de
repartizare al ionilor substituenţi între poziţiile tetraedrice şi octaedrice ale reţelei cristaline tip
spinel, se datorează unor factori precum:
• raza ionică: poziţiile tetraedrice au dimensiuni mai mici decât poziţiile octaedrice, deci
ionii cu raze mai mici vor fi acceptaţi preferenţial în poziţiile tetraedrice;
• sarcina cationului: creşterea sarcinii cationului, ca şi creşterea razei, măresc tendinţa
acestuia de a ocupa poziţiile octaedrice;
• configuraţia electronică a cationilor: unii ioni cu stratul electronic (n-l)d complet (de
ex. Zn , Cd ) preferă o coordonare tetraedrică; alţi ioni (Ni , Cr ) preferă interstiţiile octaedrice,
deoarece orbitalii din tripletul 3d au o energie mai scăzuta decât orbitalii din dublet.
Prin urmare, explicarea tendinţei cationilor de a ocupa anumite poziţii în reţeaua
cristalină spinelică este posibilă numai dacă se iau în considerare atât efectele coulombiene cât şi
influenţa câmpului pentru fiecare caz concret în parte.
Existenţa unui cation trivalent în poziţii A induce apariţia corespunzătoare a unor vacanţe
cationice, sau apariţia unor ioni de hidrogen în reţea. Deoarece activitatea catalitică a compuşilor
cu structură de spinel depinde crucial de distribuţia cationilor între centrii tetraedrici şi respectiv
octaedrici, o întrebare de bază şi interesantă este ce valenţă şi ce coordinare sunt importante
pentru activitatea catalitică şi respectiv pentru selectivitate? O asemenea problemă poate fi
studiată prin substituţia unor elemente active catalitic, cum ar fi ioni ai metalelor tranziţionale
(ex. Mn sau Co) cu ioni inactivi (ex Al sau Zn) pentru o anumita reacţie . Folosind un asemenea
procedeu, s-a tras concluzia că ionii aflaţi în centrii coordinaţi tetraedric (centri A) sunt sau
inactivi sau contribuie foarte puţin la activitatea generală pentru reducerea nitrobenzenului .
Concluzii similare au fost obţinute anterior pentru reacţii de oxidare. Faptul că centrii tetraedrici
nu sunt activi poate să fie legat de tăria mai mare a legăturii metal-oxigen în acest caz, datorită
valenţei mai mici şi a numărului de coordinare mai mic. O altă posibilitate care ar explica aceste
rezultate ar fi că centrii tetraedrici sunt mai puţin accesibili la suprafaţă, având în vedere că
anumite feţe cristalografice expun numai centrii octaedrici
Fig.1 Acest lucru a fost sugerat atât teoretic (pentru a explica activitatea oxidului de cobalt în
dehidrogenarea butenei la butadiena), cât şi experimental. Intr-adevăr, prin investigarea
adsorbţiei NO şi respectiv a CO pe compuşi cu structură spinelică în care ionul de cobalt se află
în subreţeaua tetraedrică (C0AI2O4), respectiv octaedrică (ZnCo204), ca şi în ambele poziţii
(C03O4) s-a ajuns la concluzia că lipsa de activitate în primul caz se datorează în principal
faptului că ionul de cobalt se află în coordinare tetraedrică.
Unele complicaţii pot apare atunci când se studiază spinelii cu proprietăţi catalitice
datorită posibilităţii redistribuirii cationilor între centrii octaedrici şi tetraedrici. Spinelii pot
prezenta o aşa numită inversare (spinel invers), sau alternativ, un transfer oxidativ, adică cationii,
care în cazul ideal al unui spinel normal se găsesc într-o singură subreţea (adică sau în cea
tetraedrică sau în cea octaedrică), pot migra către alti centri.
Gradul de inversie depinde de condiţiile de preparare ale feritei, în particular de viteza de
răcire după sinterizare. Feritele spinelice sunt în general ne-stoichiometrice, lucru care joacă un
rol predominant în proprietăţile magnetice ale acestora, cum ar fi anizotropia magnetică,
magnetostricţiunea şi chiar temperatura Curie.
Considerând toate aceste observaţii, se poate trage concluzia că factorul de cuplaj
magnetoelastic în cazul feritelor nu este o noţiune foarte simplă, acesta depinzând puternic de un
număr de factori cum ar fi starea electronică a materialului, ordonarea cristalografică,
stoechiometria, raportul de inversie.
Cercetările recente sunt concentrate în vederea obţinerii unor materiale magnetostrictive
oxidice care să prezinte tensiuni magnetostrictive mai mari la intensităţi ale câmpului magnetic
mai mici. Avantajele utilizării unui material magnetic pe baza de oxizi sunt acelea ca vor fi mult
mai ieftini decât aliajele comerciale şi că pot preveni generarea de curenţi turbionari, datorită
rezistivităţii ridicate. Intre aceste materiale, ferita de cobalt, se remarcă prin valoarea cea mai
ridicată a magnetostricţiunii la temperatura camerei, faţă de ceilalţi oxizi magnetici.
Spinelii simpli, cum este şi ferita de cobalt, permit formarea seriilor de soluţii solide.
Avantajul major al formarii soluţiilor solide constă în faptul că proprietăţile lor fizice pot varia în
mod continuu în funcţie de compoziţie. Formarea soluţiilor solide de spineli implica substituţia
cationului divalent cu un alt ion divalent, sau cu o combinaţie de cationi care să asigure
neutralitatea electrică a compusului.
Obţinerea unor compoziţii omogene în practica producerii feritelor este dificilă. Spinelii
obţinuţi pot fi neuniformi şi conţin impurităţi, care le modifica proprietăţile. Cea mai generală şi
mai economică metodă de obţinere a feritelor este metoda sinterizării, în urma căreia rezultă
materiale policristaline poroase, cu imperfecţiuni structurale şi anizotropii magnetocristaline
mari. Porozitatea este puternic influenţată atât de dimensiunea pulberilor care urmează a fi
sinterizate cât şi de temperatura de sinterizare. In ultimii ani au fost dezvoltate noi metode de
preparare a feritelor, cum ar fi coprecipitarea şi metoda sol-gel , metode care permit obţinerea de
pulberi foarte fine de ferită, şi care ulterior prin presare izostatică la temperatură cresc densitatea
de sinterizare.
Materiale compozite magnetostrictive
Multe dintre tehnologiile din ziua de azi necesită materiale cu diferite combinaţii de
proprietăţi, combinaţii care nu pot fi obţinute în cazul aliajelor metalice, ceramicilor sau
polimerilor. Un exemplu ar fi un material cu densitate scăzută, rezistenţă mecanică ridicată,
duritate mecanică mare şi rezistenţă mare la impact. Astfel de cerinţe pot fi îndeplinite în cele
mai multe cazuri de către materialele compozite, care se obţin prin combinarea a cel puţin două
materiale cu comportare „normală”.
După cum s-a observat din consideraţiile anterioare, atât Terfenolul- D cât şi feritele au
magnetostricţiuni mari, însă proprietăţile mecanice sunt destul de limitate (ductilitate şi
rezistenţă la coroziune reduse). De aceea, se doreşte obţinerea de materiale compozite care sa
includă materialele magnetostrictive, dar să aibă şi proprietăţi mecanice şi rezistenţă la coroziune
superioare. Compozitele sunt materiale multifazice care prezintă proprietăţi fizico-chimice
combinate ale fazelor constituente. In general, una dintre faze constituie matricea, care este
continuă şi înglobează celelalte faze, care se numesc faze(fază) dispersate(ă).
Pentru a obţine un material compozit cu bune proprietăţi magnetostrictive trebuie luaţi în
considerare mai mulţi factori: (1) coeficienţii de dilatare termică ai fazelor constituente (dacă
diferenţele între aceşti coeficienţi sunt mari, atunci vor fi induse tensiuni interne mari în
materialul compozit şi chiar discontinuităţi/rupturi majore); (2) materialul matricei trebuie să fie
compatibil din punct de vedere chimic cu cel al fazelor dispersate; (3) fazele constituente trebuie
să aibă module de elasticitate similare. Din punct de vedere magnetic, trebuie de asemenea
considerate intercaţiunile magnetice dintre fazele constituente. Spre exemplu, dacă materialele
care formează compozitul au permeabilităţi magnetice diferite, va apărea un fenomen de
ecranare magnetică între constituenţi. Prezenţa unei a doua faze de obicei creşte densitatea
pereţilor de domenii magnetice de fixare (pinning), în acest fel scăzând sensibilitatea magnetică
a materialului compozit. Proprietăţile magnetice ale unui material compozit vor fi cu atât mai
bune cu cât fazele constituente sunt cuplate magnetic între ele.
Materiale magnetostrictive compozite îsi au originea în aliajele amorfe care au fost
introduse pe piata în anii 1970. Materialele amorfe sunt caracterizate de o lipsa a ordinii la scara
atomica, în prima aproximatie similara cu cea a starii lichide. În principal, tehnicile de productie
includ racirea rapida din topitura sau depunerea de vapori pe un substrat racit. Lipsa de
cristalinitate a materialelor amorfe fac ca acestea sa aiba o anizotropie mai mica decât
materialele cristaline sau policristaline. O subclasa a materialelor magnetice compozite este cea a
materialelor magnetoelectrice compozite. Materialele magnetoelectrice sunt intens studiate la
nivel mondial deoarece prezinta simultan proprietati feroelectrice si feromagnetice, si sunt
simultan magnetostrictive si electrostrictive (piezoelectrice); din aceste motive astfel de
materiale sunt numite biferoice (materiale care poseda simultan doua proprietati „Fero”).
Acestea fac parte dintr-o categorie mai largă, cea a materialelor multiferoice. Materialele
magnetoelectrice prezinta proprietati feroelectrice si feromagnetice dar si cuplaj între aceste
proprietati, astfel o variatie a polarizatiei electrice induce o modificare a magnetizatiei si invers.
Cuplajul între marimile electrice si cele magnetice este mecanic, fenomenele responsabile de
acest cuplaj fiind magnetostrictiunea si electrostrictiunea, respectiv efectele magnetostrctiv
invers si electrostrictiv invers (piezo-invers).
Magnetostrictiunea reprezinta fenomenul de modificare a dimensiunilor unui corp solid
sub actiunea unui câmp magnetic. Fenomenul magnetostrictiv invers consta în modificarea
magnetizatiei unui corp sub actiunea unei tensiuni mecanice (întindere sau compresie mecanica).
Coeficientul de magnetostrictiune liniara reprezinta variatia relativa a unei dimensiuni a unui
solid în urma aplicarii unui câmp magnetic. Piezoelectricitatea reprezinta fenomenul de
modificare a polarizatiei unui corp sub actiunea unei tensiuni mecanice. Efectul piezo-invers
consta în deformarea unei probe sub actiunea unui câmp electric care determina o polarizare
electrica a materialului. Deformarile implica aparitia tensiunilor mecanice în material. Stresul
mecanic reprezinta forta care actioneaza pe unitatea de suprafata si se identifica cu efortul unitar.
Efectul magnetoelectric cuprinde doua manifestari complementare, astfel aplicând un câmp
magnetic unui material magnetoelectric acesta va genera un efect de polarizare electrica prin
intermediul deformarii mecanice sau aplicând un câmp electric materialul se va magnetiza,
mediatorul interactiunii fiind deformarea mecanica.
Un material magnetoelectric compozit este format din cel putin doua faze dintre care una
este magnetostrictiva iar cealalta piezoelectrica (electrostrictiva). În cazul unui compozit
magnetoelectric bifazic, daca un câmp magnetic este aplicat, ca urmare a magnetostrictiunii, faza
feromagnetica deformeaza întregul material, implicit are loc si deformarea fazei feroelectrice iar
datorita efectului piezoelectric aceasta deformare va produce polarizarea electrica a materialului.
În functie de cum sunt „amestecate” cele doua faze în structura materialului Newnham introduce
conceptul de interconectivitate fazica. Exista trei scheme de conectivitate a fazelor materialelor
compozite magnetoelectrice: compozite particulate (una dintre faze, de obicei cea magnetica,
este sub forma de particule uniform distribuite în volumul celeilalte faze), compozite laminate
(fazele sunt sub forma de straturi care alterneaza) si compozite-fibra (o faza este formata din fire
subtiri paralele uniform distribuite în volumul celeilalte faze).
Compozitele obtinute prin sinterizate sunt o alternativa la cele obtinute prin cristalizare
eutectica deoarece sinterizarea materialelor compozite este mult mai ieftina si mai usor de
realizat. În plus, metoda ofera mai multe avantaje: (1) libera alegere a raportului molar dintre
fazele constitutive; (2) alegerea independenta a dimensiunii medii de particula la începutul
formarii amestecului pentru fiecare faza în parte; (3) libera alegere a temperaturii de sinterizare.
În functie de optiunile avute în faza de preparare proprietatile materialului obtinut pot fi
modificate relativ usor.
Pe scurt, etapele procesului de preparare a compozitelor magnetoelectrice prin sinterizare
sunt: macinarea substantelor care trebuie combinate pâna la obtinerea unor pulberi fine,
amestecarea mecanica a acestor pulberi si presarea compozitului pâna la obtinerea unui corp
masiv, si în final are loc sinterizarea - etapa în care aceste corpuri masive sunt introduse în
cuptoare speciale unde vor suferi un proces de coacere de câteva ore la temperaturi care depasesc
în general 1000°C. Pe lânga aceste etape mai pot interveni si alte procese suplimentare de tratare
termica. Rolul sinterizarii este acela de a crea la nivel atomic un numar mai mare de legaturi între
particulele celor doua faze apropiindu-le pe acestea cu ajutorul agitatiei termice; totodata sunt
eliminate o parte din spatiile libere dintre particule (porii materialului) si astfel se obtine o mai
buna compactare a celor doua faze în interiorul corpului masiv. Exista totusi riscul formarii
fazelor reziduale în urma reactiilor chimice dintre atomii sau moleculele celor doua faze care pot
modifica proprietatile magnetice ale probelor.
Aplicaţiile materialelor magnetostrictive
Primele aplicaţii ale materialelor magnetostrictive au fost receptoarele telefonice,
hidrofoanele de tip SONAR de joasă frecvenţă utilizate pentru ecolocaţie în cel de-al Doilea
Război Mondial, oscilatoarele magnetostrictive şi traductoarele de cuplu. Ulterior, materialele
magnetostrictive au fost utilizate atât ca actuatori cât şi ca senzori, pentru controlul vibraţiilor.
Actuatori magnetostrictivi
Aceste aplicaţii, bazate pe efectele magnetostrictive directe Joule şi Wiedemann, sunt
concepute după principiul ilustrat în figura următoare.
Fig.2
Schemă de principiu a unui actuator magnetostrictiv: 1-bară de terfenol, 2-bobină
electromagnetică, 3-armătură magnetică inelară, 4-întăritor din oţel
La activarea bobinei (2), bara de terfenol (1) se dilată în general cu ΔL = (0,75-1) μm/m.
Un astfel de actuator, cu diametrul barei de terfenol de 12 mm, aria materialului activ de 113
mm2, lungimea activă de 140 mm, volumul activ de 15826 mm3, masa activă de 46,4g,
deformaţia maximă de 110 μm/m şi forţa maximă dezvoltată de 1,1 kN. Randamentul de
transformare a energiei este de 67,1 %.
În principiu, bobina electromagnetică (2) este înfăşurată pe un tub în care bara de terfenol
este introdusă forţat (cu strângere). Dacă prin bobină trece un câmp electric alternativ, bara de
terfenol va efectua o mişcare de dilatare-comprimare care o va ajuta „să se târâie prin tub, ca un
vierme”. Se obţine astfel, un motor liniar peristaltic. Astfel de motoare, produse de compania
americană ETREMA, au fost utilizate de Departamentul American al Apărării pentru a dezvolta
aripi inteligente, care-şi pot modifica aria secţiunii transversale, reducând pierderile
aerodinamice şi consumul de combustibil, în paralel cu îmbunătăţirea portanţei şi a
manevrabilităţii. Printre aplicaţiile civile ale actuatorilor magnetostrictivi se numără: industria
medicală (distribuirea controlată a fluidelor) şi industria de automobile (panouri de protecţie
solară, sisteme de frânare, etc.). Cercetări recente au permis dezvoltarea unui actuator
magnetostrictiv de „a treia generaţie”. Acesta este capabil să dezvolte atât curse axiale cât şi
curse radiale , fiind utilizat pentru controlul poziţiei pe două direcţii în plan, la prelucrarea de
înaltă precizie.
Senzori magnetostrictivi
Senzorii magnetostrictivi aplică efectele Joule şi Wiedemann, atunci când sunt concepuţi
pentru a detecta intensitatea câmpurilor magnetice înconjurătoare sau efectele Villari şi Matteuci,
atunci când au rolul de-a detecta mişcarea sau de-a modifica starea magnetică a unui material.
Principiul general de funcţionare al unui senzor magnetostrictiv este ilustrat schematic în
figura următoare :
Fig.3
Principiu general de funcţionare al senzorilor magnetostrictivi: 1-bobină
electromagnetică, 2-tub de ghidare, 3-sârmă din material magnetostrictiv
Proba (3) sub formă de sârmă Φ (1-3) mm, din material magnetostrictiv, este introdusă în
tubul de ghidare (2). La capătul sârmei este legată o bobină (1) care joacă rol dublu, de emiţător-
receptor. La alimentarea bobinei în curent alternativ, în sârmă sunt induse unde electrice
ultrasonore de întindere-comprimare şi de răsucire oscilantă.
Principala problemă o reprezintă determinarea vitezelor de deplasare a undelor. În acest
scop, se introduce un umăr reflectant, la o anumită distanţă (cunoscută) faţă de capătul sârmei,
cum ar fi poziţia A. Datorită introducerii umărului, în sârmă vor apare două semnale (ecouri)
elastice, poziţionate unul în A şi altul la capătul sârmei (B). Pentru calculul vitezei, se determină
perioada de decalaj, td, care este de ordinul a 50 ns.
Pornind de la acest principiu, s-au dezvoltat diverse variante de senzori magnetostrictivi,
dintre care cei mai larg răspândiţi sunt cei de deplasare. În vecinătatea unui tub de ghidare (1)
este plasat un magnet de poziţie (2) care se deplasează pe direcţia (3), generând un câmp
magnetic (7), dispus radial faţă de axa tubului de ghidare. Sub efectul câmpului magnetic
elicoidal alternativ, în tubul de ghidare ia naştere , prin efect Wiedemann, o undă elastică
ultrasonoră de torsiune (8). La un capăt al tubului de ghidare, este plasat un modul electronic (4)
care transformă energia mecanică a undei elastice ultrasonore într-un curent electric alternativ
(5). Acestui câmp electric îi corespunde câmpul magnetic (6) indus în tubul de ghidare, în plan
transversal faţă de axa acestuia. Senzorul detectează pulsurile de curent electric, prin intermediul
câmpului indus (6).
Deoarece perioada de decalaj dintre pulsuri, td, este proporţională cu poziţia magnetului
(2), senzorul poate afişa direct variaţiile poziţiei absolute sau relative ale acestuia.
Fig.4Schemă de principiu a unui traductor magnetostrictiv de poziţie: 1- tub de ghidare, 2-
magnet de poziţie, 3-direcţie de deplasare a magnetului de poziţie, 4-modul electronic,
5-semnal electric, 6-câmp magnetic transversal indus de semnalul electric, 7-câmp
magnetic elicoidal indus prin deplasarea magnetului de poziţie, 8-undă elastică
ultrasonoră de torsiune
Pe baza aceluiaşi principiu de interacţiune între două câmpuri magnetice perpendiculare,
s-au construit traductoare analoge de nivel, acţionate de un flotor magnetic.
Schema constructiv-funcţională a traductoarelor produse de grupul PHOENIX este redată
in continuare.
Fig.5
Traductorul Magnetostrictiv
Principiul de functionare.
Principiul de functionare al traductorului magnetrostrictiv se bazeaza pe fenomenul
magnetostrictiv direct. Functionarea traductorului magnetostrictiv este o aplicatie a efectului de
magnetostrictiune, care consta in modificarea periodica a dimensiunilor geometrice ale unui corp
feromagnetic plasat in camp magnetic alternativ.
Fenomenul de magnetostrictiune este fenomenul propriu materialelor feromagnetice. Din
punct de vedere magnetic substanta policristalina se considera că este compusă dintr-un număr
mare de domenii magnetice, foarte mici, având momentele magnetice distribuite intamplator. In
fiecare domeniu, momentele magnetice ale atomilor sunt orientate in aceeasi directie, insa diferit
de directiile domenilor vecine. În ansamblu corpul feromagnetic este neutru din punct de vedere
magnetic.
In prezenta campului magnetic exterior in corpul ferromagnetic se produce redistribuirea
momentelor magnetice ale domeniilor, aceasta avand ca rezultat cresterea starii de magnetizare a
corpului. Avand loc o redistribuire a energiei in domenile magnetice, apar modificari
dimensionale in material, in speta deformarea acestuia.
Exista o magnetostrictiune liniara, la care modificarea dimensiunilor geometrice se
produce in directia aplicarii campului magnetic si magnetostrictiunea volumica, la care
dimensiunile geometrice ale corpului se modifica in toate directiile. Magnetostrictiunea liniara se
produce la campuri slabe, pe portiunea nesaturată a curbei de magnetizare. Magnetostrictiunea
volumica se produce in campuri mai puternice si corespunde cu domeniul de saturatie al curbei
de magnetizare.
Aceste traductoare folosesc elemente sensibile alcatuite din materiale numite
magnetostrictive, care au proprietatea de a-si schimba caracteristicile magnetice adica
ciclul histerezis sub actiunea unei forte. Dintre materialele de acest tip cele mai utilizate sunt
nichelul pur si permalloy care este un aliaj nichel fier cu nichel in proportie de 68%. Efectul
efortului asupra curbei de histerezis se prezinta in figura urmatoare.
Se constata ca la nichel panta caracteristicii de histerezis scade la cresterea efortului, pe
cand la per malloy panta creste odata cu cresterea efortului. Deoarece aceasta variatie de panta
poate fi convertita intr-o tensiune electromotoare, traductoarele magnetostrictive sunt traductoare
generatoare. Ele se utilizeaza cu precadere in domeniul vibratiilor, avand ca principale avantaje o
ridicata impedanta mecanica de intrare si o impedanta electrica la iesire joasa in raport cu
cristalele piezoelectrice. Aceste calitati recomanda utilizarea elementelor sensibile
magnetostrictive si la masurarea fortelor de regula a celor dinamice. In figura se prezinta schema
de principiu a unui traductor magnetostrictiv.
Elementul sensibil este un circuit magnetic inchis, din material magnetostrictiv; variatia
de permeabilitate produsa de aplicarea fortei provoaca o variatie de inductanta in bobina
asociata, care poate fi preluata de adaptarea CA.
Traductor magnetostrictiv cu variatia permeabilitatii
De obicei se utilizeaza un montaj diferential, cu doua elemente magnetostrictive dintre
care unul supus la compresie si celalalt la intindere. Inductanta traductorului depinde de
amplitudinea si frecventa curentului de excitatie furnizat de adaptor. Frecventa trebuie bine
stabilizata, in special la variatii de temperatura. Pentru compensarea acestora se folosesc
rezistente de compensare, limitand eroarea de temperatura la 0,05%. Totusi pe ansamblul
traductorului nu se poate obtine o precizie mai mare de 1%.
O alta solutie de utilizare a elementului sensibil magnetostrictiv consta in preluarea de la
adaptor a variatiei inductantei remanente. Schema de principiu se prezinta in figura de mai jos.
Miezul magnetic al elementului sensibil este adus la saturatie si se afla in situatie normala
la inductanta remanenta Br0. Sub actiunea efortului se modifica la valoarea Br, astfel ca
si provoaca o variatie de tensiune indusa in bobina :
unde n este numarul de spire si c este constanta de material.
Traductor magnetostrictiv cu variatia inductiei remanente
Adaptorul contine un integrator (amplificator operationl cu reactie capacitiva) astfel incat
la iesire se obtine un semnal in tensiune:
Deoarece condensatorul tinde sa se descarce, traductorul se utilizeaza la masurarea
fortelor dinamice.
In cazul in care se doreste masurarea unor forte dinamice de frecventa ridicata se
recomanda utilizarea elementelor sensibile magnetostrictive cu ferita. Astfel in R.S.R. se produc
mai multe tipuri de elemente sensibile pentru frecventele de 20,50,100 kHz, avand forma din
figura.
Un traductor magnetostrictiv particular este traductorul magnetoelastic. Acesta utilizeaza
un element sensibil de tip coloana confectionat din tole de fier moale perforat in 4 locuri. Prin
cele 4 gauri trec doua bobine de o singura spira care se intretaie an unghi drept, constituind
primarul P, respectiv secundarul S unui transformator. Variatiile de permeabilitate datorita
variatiilor de efort modifica cuplajul intre cele doua bobine. Permeabilitatea scade pe directia de
aplicare a fortei de compresie, fluxul creste in plan transversal si prin acesta creste tensiunea
indusa in secundar. Efectul este invers la intindere.
Elemente sensibilemagnetostrictive din ferita Traductor magnetoelastic
Clasificarea traductoarelor.
Traductoarele magnetostrictive metalice, spre deosebire de cele ceramice care au
rezistivitatea electrica foarte mare, se confectioneaza sub forma de pachete de tole subtiri si
izolate electric.
In functie de structura sistemului vibrator acestea sunt: simple si compuse.
Traductoarele simple.
Daca in campul magnetic de intensitate H si frecventa f produs de un solenoid adecvat
(fig 2, se introduce o bara din material feromagnetic de lungime l si se fixeaza la mijloc, se
constata producerea unor alungiri periodice ale barei , avand frecventa 2f.
Fig.6
Variatia de lungime ∆l depinde in valoare absoluta si semn de caracteristicile materialului
ferromagnetic, de intensitatea campului magnetic si de temperature mediului ambient. Variatia
de lungime ∆l poate fi 0 , in functie de tipul materialului feromagnetic utilizat dar isi pastreaza
semnalul atunci cand campul magnetic îsi schimba sensul ceea ce explica frecventa 2f a
variatilor de lungime ∆l.
Traductorul magnetostrictiv cu premagnetizare.
In practica pentru a face sa creasca amplitudinea vibratiilor relative ∆l/l obtinute se
suprapune campului magnetic alternativ H un camp magnetic continuu Ho produs cu ajutorul
unei surse de tensiune continua ce deplaseaza punctul de functionare in regiunea de pantă
maximă a caracteristicii magnetostrictive. In acest caz vibratiile lungimii barei vor avea
amplitudinea dublă, de aceeasi frecvență f cu campul magnetic alternativ. De obicei, pentru a
mari amplitudinea vibrațiilor de lungime rezultate, se alege o frecvență a campului magnetic
alternativ egală cu frecvența proprie de rezonanță a barei prevăzându-se în acest scop
posibilitatea reglării intre anumite limite, relativ înguste , a frecvenței generatorului electronic
ultrasonor.
Concentratorul.
Concentratorul ultrasonic numit si transformator de energie acustica este o bara de
sectiune variabila care dirijeaza energia ultrasonoră de la traductor la obiectul de transfer si
indeplinește următoarele funcții:
- concentrează și focalizează energia ultrasonoră in spațial de lucru eroziv,
- mărește amplitudinea de oscilație și a asigura un acord de impedanță acustică între
traductor și sarcină din spațiul de lucru
conferă un randament maxim procedeului de prelucrare,
- permite obținerea diferitelor tipuri de unde acustice, în funcție de natura procedeului
tehnologic la care se aplică
- susține si fixează întregul sistem acustic în ansamblul instalației de prelucrare.
- este o componentă a blocului ultrasonic
- sistemul oscilant trebuie sa lucreze in regim de rezonanta , pentru ca amplitudinea
vitezei in varful obiectului de transfer sa fie cat mai mare si deci intensitatea acustica sa fie mare.
Generatorul ultrasonic.
Generatorul ultrasonic convertește energia electrică de frecvența industriala 50Hz in
energie electrică de frecvență ultrasonică. Construcția are la baza un oscilator de frecvență
ultasonică. La puteri mici se realizează cu tranzistoare, iar la puteri mari cu tuburi electronice sau
tiristoare.
Generatorul funcționeaza în regim de rezonanță, astfel ca transferul maxim de putere se
asigură prin adaptarea impedanțelor de ieșire.
Generatoare electrice pentru traductoare magnetostrictive.
Traductoarele magnetostrictive pot necesita puteri relative mari (102W…102kW) la
frecvențe înalte (10kHz…200kHz) inclusiv o premagnetizare in curent continuu.
Schema bloc a unui generator ultrasonic este prezentata in figura de mai jos.
Fig.7Oscilațiile electrice ultasonore sunt produse de oscilator, dar întrucat aceasta nu este
stabil decât la puteri de ieșire scăzute, este necesar amplificarea lor, în tensiune si putere, inainte
de a fi aplicate traductoarelor.
Transformatorul de cuplaj TR1 permite adaptarea impedanțelor în scopul realizării unui
transfer maxim de putere și trebuie să realizeze un randament ridicat in toată gama frecvențelor
de funcționare.
Osciloscopul trebuie sa permita: in cazul unei frecvente de lucru fixe, o ușoara variație a
acesteia, trebuie să fie posibilă adaptarea ei la variațiile frecvenței de rezonanță a traductorului.
Frecvența cât si puterea debitata sunt reglabile în scopul optimizării funcționării. Uneori,
in scopul reglarii puterii de iesire, se creează posibilitatea ca oscilațiile să nu se mai aplice
traductorului in mod continuu, ci sub forma unor impulsuri a căror durată și frecvență de repetiție
să fie reglabilă.
Circuitele de alimentare a intregului generatorsunt de obicei prevazute cu dispozitive de
protectie in caz de supratensiune , supracurent dau supraincalzire a
traductorului
Traductorul magnetostrictiv tip fereastra.
Este un traductor compus , format din doua elemente de tipul celui prezentat in Fig.1.
Elementele proiectării sunt:
- Frecventa de rezonanță mecanică fo care este dată de ecuația
tg(l '
π2 )
·tg(l '1
π2 )
+q=0
Calculul lungimii de undă se face luând in considerare viteza de propagare a vibratiilor
longitudinale cB in traductor la inductie B constanta
- Conditia de rezonanta electromecanica este legata de prezenta efectului magnetostrictiv,
care măreste rigiditatea sistemului. Aceasta este data de aceeasi ecuatie ca si cea de rezonanta
mecanica, dar calculul lungimii de unda se face cu viteza de propagare a vibratilor longitudinale
cH la H=0.
- Coeficientul de transformare electromecanic n ,.
- Parametrii echivalenti concentrate.
- Factorul de calitate mechanic.
- Tensiunea electrica necesara la rezonanta pentru emiterea puterii acustice specifice
Pas0.
- Inductia magnetica B.
- Puterea acustica emisa la rezonanta Pas0
- Caracteristica de frecventa a puteri acustice in vecinatatea rezonantei.
- Impedanta electrica.
- Randamentul electromecanic al traductorului
- Puterea electrica consumata Pe.
- Curenti electrici la rezonanta.
Traductoare de forta cu masurarea deplasarii
Aceste tipuri de traductoare prezinta o complexitate ridicata, functionând pe principiul
transformari succesive a marimilor, prin transformarea fortei F într-o deplasare Dl cu ajutorul
unui traductor elastic, deplasarea care la rândul sau este masurata cu un traductor electric.
Notând u - tensiunea la iesirea circuitului de
masurare avem:
(3.42)
unde u/Dl reprezinta functia de transfer a traductorului
electric cu circuitul sau de masurare.
Dupa cum s-a aratat, traductoarele electrice de deplasare pot fi rezistive, capacitive sau
inductive, ultimele având o utilizare mai frecventa .
Principial, în figura 3.33. se prezinta un traductor inductiv diferential de tip
transformator: 1 - tija; 2 - arcuri spirale; 3 - înfasurari; 4 - distantier; 5 - miez magnetic.
Traductoarele de elastice utilizate (arcuri spirale, inele dinamometrice, console)
prezinta deformatii mari pentru sarcini mici si sunt prevazute cu opritoare (limitatoare) de
deplasare mecanica pentru a nu deteriora la suprasarcini accidentale.
Miezul magnetic plasat pe axa tijei mobile asupra careia actioneaza forta F, se
pozitioneaza în raport cu înfasurarile traductorului cu ajutorul celor doua arcuri cu sensul de
înfasurare opus, în scopul compensarii erorilor de temperatura.
Tensiunea de iesire nominala poate fi de ordinul 1V la tensiuni de alimentare de câtiva
volti, frecventa de lucru atinge ordinul kilohertzilor, iar domeniul de masurare al acestor
traductoare este de circa ±1 daN pentru deplasari de ±0,5 mm.
În cazul traductorului de cuplu
asociat cu traductorul inductiv diferential,
prezentat în figura 3.34., pe arborele - 1 cu
diametrele diferite D si d, sunt plasate la o distanta l fata de suprafata de separare a sectiunilor,
bobinele - 2 si circuitul magnetic - 3.
Solidar cu sectiunea de diametru mai mare a arborelui se fixeaza o armatura mobila - 4, a carui
pozitie este perfect simetrica în raport cu bobinele daca nu apare un cuplu. Când arborele este
supus unui cuplu va avea loc o deplasare a armaturii mobile datorita deformarii acestuia,
modificându-se cele doua inductivitati ale bobinelor. Trebuie precizat faptul ca daca apare si un
cuplu de încovoiere, acesta nu influenteaza masuratorile.
Traductoarele optoelectronice de cuplu functioneaza pe principiul schemei prezentate în figura
3.35., pe arbore fiind plasate la o anumita distanta d, doua discuri perforate cu fante transparente
si opace. În practica exista doua posibilitati de masurare:
- Cu modulatie de amplitudine , caz în
care sursa de lumina S si
fotodetectorul FD sunt plasate în afara
sistemului si, deoarece zonele
transparente aferente celor doua
discuri sunt plasate decalat cu 1/4 din
perioada geometrica, va rezulta, în
absenta cuplului daca arborele se
roteste, o succesiune de impulsuri cu durata de 1/4 din perioada. La aparitia unui cuplu, datorita
rasucirii arborelui, se produce o modificare a pozitiei relative a planelor celor doua discuri si
implicit a latimii impulsurilor, marimea masurata fiind data ca o valoare medie a semnalului de
la iesirea fotodetectorului FD. Datorita faptului ca fluxul luminos al sursei nu este constant (la
becuri cu incandescenta fiind proportional cu puterea a cincea a tensiunii de alimentare) este
necesara calibrarea în amplitudine a impulsurilor la fotodetector.
- Cu modulatie de faza, caz în care sursa S se plaseaza între cele doua fotodetectoare FD1 si
FD2 asezate de o parte si de alta a discurilor. În cazul rotirii arborelui si transmiterii cuplului prin
acesta, datorita modificarii pozitiei relative a celor doua discuri, va aparea un defazaj suplimentar
între semnalele produse de cele doua fotodetectoare, defazaj care este proportional cu cuplul
transmis.
Este necesar sa precizam ca traductoarele bazate pe metode optice se pot utiliza numai în regim
dinamic (arborele este în rotatie) si, spre deosebire de metodele prezentate anterior nu necesita
contact între arbore si partea de masurare.
În cazul traductoarelor de cuplu cu timbre tensometrice sau traductoare inductive, la rotirea
arborelui, este necesara realizarea unor legaturi electrice între circuitele de masurare si
traductoare, care în principiu pot fi cu contact sau fara contact.
Pentru realizarea legaturilor electrice cu contact este necesara utilizarea unor inele si perii
colectoare sau contacte în baie de mercur. Rezistenta de contact a acestora este variabila si
depinde de oscilatiile vitezei, asperitatea suprafetei de contact si a vibratiilor, variatie cu valori
de 5 ÷ 50 mW pentru inele , perii si de 0,25 mWpentru contacte în baie de mercur [23]. În cazul
unor materiale de natura diferita ce intra în contact pot sa apara si tensiuni
termoelectromotoare din cauza cresterii temperaturii locale si a frecarii, aceste fenomene ducând
în acelasi timp la reducerea timpului de viata si limitarii vitezei maxime de rotatie. Se considera
ca viteza liniara maxima la nivel de contact este de circa 25 m/s, la viteze mai mari fiind
necesare dispozitive suplimentare pentru racire.
Varianta actuala de legatura fara contact cea mai utilizata este cea prin care se face uz
de transformatoare rotitoare, metoda prezentata principial în figura 3.36.
Pe arborele magnetic - 1 se plaseaza doua inele magnetice - 2 cu ajutorul carora se închide
circuitul magnetic al armaturii fixe prin intermediul celor doua întrefieruri δ. Pe armatura fixa,
respectiv pe cea mobila (arbore) sunt plasate înfasurarile - 3, 4 ale transformatorului.
Datorita dependentei induc-tivitatii
de cuplaj cu marimea întrefierului, acesta
trebuie menti-nut constant, conditie dificil
de realizat tehnologic. Daca traduc-toarele
se monteaza pe arbore, este necesar sa
existe doua cai de transmitere a informatiei, una prin care se transmite semnalul de alimentare,
alta prin care se va culege informatia de masurare.
În cazul în care, pentru cele doua cai se folosesc semnale cu frecvente diferite, se poate face uz
de un singur transformator rotitor, caz în care se elimina si defazajul generat de modificarea
întrefierului.
Bibliografie
1. http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetostriction
2. DINESCU, I. Tehnologia materialelor. Materiale tehnologice, Editura Academiei
Aviaţiei şi Apărării Antiaeriene “HENRI COANDĂ”, Braşov, 2000,
3. www.terfenol.com
4. Leandru-Gheorghe Bujoreanu, Materiale Inteligente, Editura Junimea, Iaşi 2002
top related