محول التقبُّض المغناطيسي: رسم تخطيطي ، أنواع ، مزايا وتطبيقاته

ال محول الطاقة الكهروميكانيكية هو جهاز يستخدم لتحويل إشارة كهربائية إلى موجات صوتية أو موجة صوتية إلى إشارة كهربائية. هذه المحولات أكثر تنوعًا وتحتوي على أجهزة تقبض مغناطيسي وأجهزة كهرضغطية. في الوقت الحاضر لتطبيقات الطاقة بالموجات فوق الصوتية ، هناك تصميمان أساسيان لمحول الطاقة يستخدمان التقبُّض المغناطيسي والكهرباء الانضغاطية. أ محول كهرضغطية يستخدم خاصية مادة كهرضغطية لتحويل الطاقة من الطاقة الكهربائية إلى الميكانيكية. يستخدم محول التقبُّض المغناطيسي خاصية مادة التقبُّض المغناطيسي لتحويل الطاقة إلى طاقة ميكانيكية داخل مجال مغناطيسي. هنا ، يتم توفير المجال المغناطيسي من خلال ملف من الأسلاك يتم تغطيته حول مادة التقبض المغناطيسي. لذا تتناول هذه المقالة نظرة عامة على ملف محول مغناطيسي - العمل وتطبيقاته.

ما هو محول التقبض المغناطيسي؟

يُعرف الجهاز الذي يستخدم لتغيير الطاقة من طاقة ميكانيكية إلى طاقة مغناطيسية باسم محول التقبُّض المغناطيسي. ال مبدأ عمل محول التقبُّض المغناطيسي يستخدم نوعًا من المواد المغناطيسية حيث يقوم المجال المغناطيسي المتذبذب المطبق بالضغط على ذرات من المادة ، يحدث تغييرًا دوريًا في طول المادة وينتج اهتزازًا ميكانيكيًا بتردد عالٍ. تستخدم هذه الأنواع من المحولات بشكل أساسي في نطاقات التردد المنخفضة وهي شائعة جدًا في المعالجة بالموجات فوق الصوتية وتطبيقات التنظيف بالموجات فوق الصوتية.

رسم تخطيطي لمحول التقبُّض المغناطيسي

يمكن وصف عمل محول التقبُّض المغناطيسي باستخدام الرسم التخطيطي التالي. يوضح هذا الرسم البياني مقدار الإجهاد الناتج من المغنطة الخالية حتى المغنطة الكاملة. ينقسم هذا إلى سمات ميكانيكية ومغناطيسية منفصلة يتم تعيينها في تأثيرها على الحث المغناطيسي وإجهاد القلب المغنطيسي.

في الحالة الأولى ، يوضح الشكل ج عندما لا يتم تطبيق المجال المغناطيسي على المادة ، فإن التغيير في الطول يكون أيضًا فارغًا مع الحث المغناطيسي الناتج. يتم زيادة مقدار المجال المغناطيسي (H) إلى حدود تشبعه (± Hsat). هذا يزيد الضغط المحوري إلى 'esat'. بالإضافة إلى ذلك ، ستزداد قيمة المغنطة إلى قيمة + Bsat الموضحة في الشكل e أو تنخفض إلى –Bsat الموضح في الشكل.

عندما تكون قيمة 'Hs' في أقصى نقطة لها ، يمكن الوصول إلى الحث المغناطيسي وأعلى تشبع إجهاد. لذا في هذه المرحلة ، إذا حاولنا زيادة قيمة المجال ، فلن يغير ذلك من قيمة المغنطة أو مجال الجهاز. لذلك ، عندما تضرب قيمة المجال التشبع ، فإن قيم الإجهاد والحث المغناطيسي ستزداد وتتحرك من الخارج من الشكل المركزي.

في الحالة الثانية ، عندما يتم الاحتفاظ بقيمة 'Hs' ثابتة وإذا قمنا برفع كمية القوة على مادة التقبض المغناطيسي ، فإن ضغط الضغط داخل المادة سيرتفع إلى الجانب العكسي مع انخفاض في الإجهاد المحوري وقيم المغناطيسية المحورية . في الشكل ج ، لا توجد خطوط تدفق متاحة بسبب مغنطة فارغة بينما في الشكل. ب & الرقم. يحتوي d على خطوط تدفق مغناطيسي ذات حجم أقل بكثير بناءً على محاذاة المجال المغناطيسي في محرك التقبض المغناطيسي. يحتوي الشكل أ على خطوط تدفق ولكن تدفقها سيكون في الاتجاه العكسي.

شكل. يوضح f خطوط التدفق بناءً على المجال 'Hs' المطبق وترتيب المجال المغناطيسي. هنا يتم قياس خطوط التدفق الناتجة باستخدام مبدأ Hall Effect. لذلك ستكون هذه القيمة متناسبة مع القوة أو إجهاد الإدخال.

أنواع محولات التقبُّض المغناطيسي

هناك نوعان من محولات التقبُّض المغناطيسي. التضيق المغناطيسي العفوي والتضيق المغناطيسي الناجم عن المجال.

تضيق مغناطيسي عفوي

يحدث التضيق المغناطيسي العفوي من الترتيب المغناطيسي للعزم الذرية تحت درجة حرارة كوري. يتم استخدام هذا النوع من التضيق المغناطيسي في سبيكة NiFe القائمة على يسمى Invar ويظهر زيادة حرارية صفرية تصل إلى درجة حرارة كوري.

تقل مغنطة تشبع المادة عند التسخين إلى درجة حرارة كوري بسبب انخفاض في مقدار ترتيب اللحظات المغناطيسية الذرية. عندما ينخفض ​​هذا الترتيب ومغنطة التشبع ، يتناقص تمدد الحجم أيضًا من خلال التضيق المغناطيسي التلقائي وعقود المواد.

في الحالة العكسية ، هذا الانكماش بسبب فقدان التضيق المغناطيسي العفوي يعادل التمدد الناتج من خلال طرق الاهتزاز الحراري المعتادة وبالتالي ستظهر المادة أنه لا يوجد تغيير في الأبعاد. ولكن فوق درجة حرارة كوري ، يحدث عادة تمدد حراري ولم يعد هناك أي ترتيب مغناطيسي.

المجال المغناطيسي الناجم عن التضيق

يحدث التضيق المغناطيسي الناجم عن المجال بشكل أساسي من ترتيب المجال المغناطيسي في تطبيق المجال المطبق. تُظهر مادة Terfenol أكبر تضيق مغناطيسي مفيد ، وهو مزيج من Tb و Fe و Dy. تُستخدم مادة Terfenol في مستشعرات الموضع ، وأجهزة الاستشعار الميدانية ، والمشغلات الميكانيكية ومكبرات الصوت.

يعمل الترتيب المغنطيسي (أو) مستشعرات الحمل ببساطة من خلال حقيقة أنه كلما تعرضت مادة التقبض المغناطيسي إلى إجهاد ، فإن مغنطة المادة ستتغير. عادة ، تشتمل مشغلات Terfenol على قضيب Terfenol الذي يتم ترتيبه تحت ضغط لترتيب المجالات المغناطيسية على طول القضيب بشكل عمودي. يتم استخدام ملف حول قضيب Terfenol ، ويتم تطبيق حقل على القضيب لمحاذاة المجالات من خلال طوله.

الفرق بين محول مغناطيسي ومحول كهرضغطية

يشمل الاختلاف بين محول التقبض المغناطيسي ومحول كهرضغطية ما يلي.

كيفية اختيار محول التقبُّض المغناطيسي؟

يمكن اختيار محول التقبُّض المغناطيسي بناءً على المواصفات أدناه.

• يجب أن يستخدم محول الطاقة هذا نوعًا من المواد المغناطيسية بحيث يمكنه التفاعل ويمكنه تحديد المسافات بدقة شديدة.
• يجب أن يسمح محول الطاقة بقياسات خالية من التلامس والتآكل.
• يجب أن يتراوح مداها من 50 إلى 2500 مم.
• يجب أن تكون الدقة القصوى لها حوالي 2 ميكرومتر.
• يجب أن يكون الحد الأقصى للخطية ± 0.01٪.
• يجب أن تكون سرعة الإزاحة أقل من 10 م / ث.
• الناتج التناظري هو 0 إلى 10 فولت ، 4 إلى 20 مللي أمبير.
• 24 VDC ± 20٪ إمداد الجهد
• فئة الحماية IP67
• يجب أن تتراوح درجة حرارة التشغيل من -30 .. + 75 درجة مئوية.

المميزات والعيوب

ال مزايا محول التقبض المغناطيسي تشمل ما يلي.

• هذه المحولات موثوقة وخالية من الصيانة ، وتقلل بشكل كبير من احتمالية حدوث أخطاء تشغيلية ووقت تعطل الماكينة
• لا تحتوي محولات التقبض المغناطيسي على أجزاء تلامس ، لذلك تتمتع بعمر أطول.
• هذه هي أكثر دقة بالمقارنة مع محولات الاتصال الثابتة.
• لديهم حساسية جيدة ، وفحص بعيد المدى ، ومتانة ، وسهولة في التنفيذ ، وما إلى ذلك.

ال مساوئ محول التقبُّض المغناطيسي تشمل ما يلي.

• محولات التقبُّض المغناطيسي باهظة الثمن.
• يحتوي محول الطاقة المغناطيسية على قيود على الحجم المادي ، لذا فهو مقيد للعمل بترددات أقل من 30 كيلو هرتز تقريبًا.

التطبيقات

ال تطبيقات محول مغناطيسي تشمل ما يلي.

• يستخدم محول التقبُّض المغناطيسي لقياس الموضع.
• يلعب محول الطاقة هذا دورًا رئيسيًا في تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة مغناطيسية.
  في السابق ، تم استخدام هذا الجهاز في تطبيقات مختلفة تشمل عدادات عزم الدوران ، والهيدروفونات ، وأجهزة المسح بالسونار ، وأجهزة استقبال الهاتف ، وما إلى ذلك.
• في الوقت الحاضر ، يتم استخدامه لصنع أجهزة مختلفة مثل المحركات الخطية عالية القوة ، وأنظمة التحكم في الضوضاء أو الاهتزاز النشط ، والموجات فوق الصوتية الطبية والصناعية ، وأجهزة تحديد المواقع للبصريات التكيفية ، والمضخات ، إلخ.
• تم تطوير محولات الطاقة هذه بشكل أساسي لصنع الأدوات الجراحية والمعالجة الكيميائية ومعالجة المواد والسونار تحت الماء.
• تُستخدم محولات التقبُّض المغناطيسي لقياس عزم الدوران الذي تم تطويره بواسطة أعمدة دوارة داخل الأجزاء المتحركة للآلات.
• ينقسم تطبيق محول الطاقة هذا إلى وضعين ؛ مما يعني ضمنا تأثير جول والآخر هو تأثير فيلاري. عندما يتم تحويل الطاقة من المغناطيسية إلى الميكانيكية ، يتم استخدامها لإنتاج القوة في حالة المشغلات ويمكن استخدامها للكشف عن المجال المغناطيسي في حالة المستشعرات. إذا تم تغيير الطاقة من الميكانيكية إلى المغناطيسية ، فسيتم استخدامها للكشف عن الحركة أو القوة.

وبالتالي ، هذه نظرة عامة على محول التقبض المغناطيسي. يُطلق على محول الطاقة هذا أيضًا محول طاقة مغناطيسي مرن. تمتلك هذه المحولات مقاومة ميكانيكية عالية للغاية للمدخلات وهي مناسبة لقياس القوى الساكنة والديناميكية الكبيرة والتسارع والضغط. إنها قوية في الميزات الإنشائية وعندما يتم استخدام هذه المحولات كمحولات طاقة نشطة ، فإن مقاومة الإخراج ستكون منخفضة. هنا سؤال لك ما هو تضيق مغناطيسي ظاهرة؟