Traductoare magnetostrictive

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 celalant 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 B_r0. Sub actiunea efortului se modifica la valoarea B_r, 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