Érzékelők méréshez és automatizáláshoz

Kozlov E.Yu. A Technocom-Ost LLC igazgatója

Világszerte két évtizeden keresztül sikeresen alkalmazták a lineáris mozgásérzékelőket (vagy úgynevezett: lineáris helyzetérzékelők, érzékelők és útmérők). A világ vezetője és az ezen érzékelők gyártásának úttörője az MTS Sensors, az amerikai vállalat MTS Systems részlege. Ez a berendezés 1984-ben jött létre az MTS megvásárlása után a Temposonics Inc.-nél, a Temposonics pedig védjegy, amely bármely MTS érzékelő magnetostrikciós mozgásérzékelőjén látható.

A magnetosztrikusságot csak ferromágneses anyagokban, például vasban, nikkelben, kobaltban és ötvözetekben figyelték meg. A magnetostrikus elv ezen anyagok magnetomechanikai tulajdonságaira épül. Vagyis, ha egy ferromágnes a mágneses térben van, akkor molekuláris szerkezetének mikroszkopikus deformációját idézi elő, ami a ferromágnes fizikai méreteinek megváltozásához vezet. Ezt a viselkedést azzal magyarázza, hogy számtalan darab kisméretű elemi mágnes létezik, amelyből ferromágneses anyag áll. Nyilvánvaló, hogy a korlátozott térbeli régiókon belül párhuzamosan állnak fenn, már nincs külső mágneses mező. Ezekben az úgynevezett tartományokban az összes elemi mágnes ugyanúgy irányul. De a domének kezdeti eloszlása ​​kaotikusan és kifelé nézve a ferromágneses test nem mágnesesnek tűnik. Mágneses mező alkalmazása esetén. a tartományok a mező irányába vannak igazítva és egymással párhuzamosak.

Így szerezzük be saját mágneses mezőnket, amelyek több száz alkalommal képesek meghaladni a külső mágneses mezőt. Például ha egy ferromágneses ötvözetből készült rudat a tengelyével párhuzamos mágneses mezőbe helyezünk, akkor a rúd mechanikus deformáción esik át, és lineáris megnyúlást kap. De a valóságban a magnetosztrikus hatás révén a megnyúlás nagyon kicsi. (1. ábra)

A magnetosztrikciós hatást a ferromágneses anyagok mágneses és mechanikai tulajdonságainak kombinációja határozza meg, így optimalizálható speciális ötvözetek létrehozásával és egy külső mágneses mező irányított működésével. Az ipari mérőrendszerekben a Temposonics magnetostrikciós hatást, a Wiedemann-effektust használ. Ismert egy hosszú, vékony ferromágneses rúd mechanikus deformációját (csavarását), amely két mágneses mező hatása alatt áll: külső és belső, melyet egy vezető hoz létre, amelyen keresztül elektromos áram folyik. Az érzékelők a lineáris elmozdulás MTS érzékelők külső mágneses mező által generált pozicionális mágnes, amely koncentrikus a keresztezi a mágneses mező által termelt villamos áram, ez okozza a mechanikus deformáció egy kis terület a mérőtest formájában a rúd (2. ábra). Emellett az úgynevezett "magnetoelasztikus hatás" (vagy a Villari hatás) a Temposonics szenzorokban használatos. A ferromágnes mágneses tulajdonságainak megváltozásával jár, például egy ferromágneses sáv mágnesezésével, amelyet hosszanti deformáció okoz.

Annak érdekében, hogy a fenti fizikai elveket megbízható mérési rendszerré alakítsuk, a 3. ábrán bemutatott szenzortervezést javasoljuk A Temposonics lineáris elmozdulás-érzékelő 5 fő részből áll:

-mérőelem (hullámvezető);

-pozícionáló állandó mágnes formájában;

-a torziós impulzus átalakító;

-Csillapító rész (a rúd végén, amelynél a torziós impulzus második része kialszik).

A mérőrendszer "magja" egy ferromágneses mérőelem, amelyet hullámvezetőként használnak, amellyel torziós ultrahangos hullám halad az impulzus átalakítóhoz. A mért pozíciót a hullámvezetőt körülvevő állandó mágnes helyzetével határozzuk meg. Ez a mágnes mágneses mezőt hoz létre a hullámvezetőben, és összekapcsolódik a mérés tárgyával. Itt hangsúlyozni kell, hogy nincs mechanikus kapcsolat a pozícionáló (mágnes) és a mérőelem (hullámvezető) között. Ez biztosítja az MTS Temposonics szenzorok hosszú élettartamát ezen mérési elv alapján.

Méréskor egy rövidáramú impulzust küld az érzékelő elektronikus részéről egy hullámvezető segítségével. Amikor az impulzus elmozdul, sugárirányú mágneses mező keletkezik a hullámvezető köré (3. A keresztezi a mágneses mező az állandó mágnes-pozícionáló, előfordul szerint Wiedemann hatása plasztikus deformációja a magnetostrikciós hullámvezető, amely egy rendkívül dinamikus folyamat, mivel a jelenlegi pulzusszám. Emiatt ultrahangos torziós hullám merül fel, amely a hullámvezető kiindulópontjától mindkét végéig terjed, de az egyik végén teljesen csillapított, így a zaj és a jel torzulása megszűnik. A torziós impulzus észlelése és feldolgozása a hullámvezető másik végén egy speciális átalakítóban történik. A torziós impulzus-átalakító keresztirányú hullámvezetőből és merev kötésű magnetostrikciós fémcsíkból áll; induktivitást és egy álló álló mágnest észlel.

A torziós impulzus átalakítóban a szuperszonikus hullám megváltoztatja a fémszalag mágnesezését a Villari-effektus szerint, amely már említésre került. Az állandó mágneses mező ezen átmeneti változásának következő része villanyáramot indukál az induktorhoz. Ez a keletkező elektromos jel végül feldolgozza az érzékelő elektronikáját.

A torziós ultrahangos hullám a hullámvezető mentén halad állandó hangnyomással. A pontos pozíció meghatározása az áramimpulzus indításának és az elektromos jel válaszidejének közötti idő mérésével érhető el, amelyet a torziós impulzus átalakító határoz meg az ultrahangos hullám detektálásakor.

A mérési elv látszólagos külső bonyolultságával, amelyen a lineáris elmozdulások szenzorai a Temposonics létrejöttek. Számos előnye van, hogy rendelkeznek: a távolság a legmagasabb pontossággal mérhető; a fém magnetostrikciós anyagok hosszú távú és nagyon stabil paramétereket tartalmaznak; az MTS Sensors szakértelmének köszönhetően - az érzékelő speciális kialakításának és konstrukciójának köszönhetően a teljes mérőrendszer megbízhatóan védett a külső hatásoktól, például a szerszámgép vibrációjától. Ezen előnyök összegéből nagyon pontos MTS Temposonics mozgásérzékelőt kapunk. A legmagasabb mérési reprodukálhatósággal és rendkívül magas megbízhatósággal rendelkeznek.

Az ipari termelés szigorú követelményeinek megfelelő mérőrendszer magnetostrikciós elvének megvalósítása magas követelményeket támaszt az érzékelő gyártóinak képességeivel és kompetenciájával szemben. A mérnökök az MTS alapvető fizikai tudással rendelkeznek, és több évtizedes laboratóriumi kísérletekben halmozódtak fel a magnetostrikus anyagokról.

Például, különböző kiviteli alakjai az átalakító áramkör torziós impulzusok vizsgálták részletesen, amelyeket bemutatnak a 4. ábrán Azt találtuk, hogy az optimális jelátalakító design kell, mint például a 3. kiviteli Magától így kapott a leginkább abban és pontos jel került rögzítésre csak torziós részét a mechanikai hullám és a hosszanti oszcilláció nem befolyásolja a mérés eredményét.

Használata torziós hullámok és rögzítő rendszer, amely választ csak a torziós (csavaró) hullám segítségével nem kell félni a rezgés a mérési folyamatot, mivel a torziós impulzus nem okoz külső mechanikus vibráció.

Annak érdekében, hogy a mérési elv minden fizikai folyamata a külső hatások hatására megy végbe, az MTS a ház speciális mechanikai konstrukcióját és egy elektronikus áramkört használ a jel feldolgozásában. A Temposonic szenzorok minden generációjában a design és az áramkör fejlesztése és fejlesztése a legmodernebb.

A piacra kerülő magnetostrikciós elmozdulás-érzékelők főbb modern modelleinek megismeréséhez lásd: /articles/47/element_1137.html.