Principi di trasduttori magnetostrittivi

Principi di trasduttori magnetostrittivi

Una classe speciale di trasduttori si è evoluta dallo sviluppo di speciali materiali magnetostrittivi. Magnetostrizione è il cambiamento di dimensioni che si verifica in un metallo quando si espone ad un campo magnetico. La variazione è molto piccola — una frazione di punto percentuale della lunghezza complessiva della parte — anche se abbastanza ampia per essere utile. Gli ingegneri hanno utilizzato questo effetto per creare diversi tipi di trasduttori, tra cui generatori di onde ad ultrasuoni e sensori di posizione.

Domini magnetici

Materiali magnetici sono costituiti da microscopiche domini, ciascuno con un campo magnetico molto piccolo. In un pezzo di acollisionale di ferro, ad esempio, i domini sono organizzati in modo casuale, e annullano i loro campi magnetici. In un pezzo magnetizzato di ferro, i domini si orientano e producono un campo magnetico complessivo. Quando questo accade, la spinta di domini contro l'altro, rendendo il pezzo di ferro leggermente più grande.

Magnetostrizione ed elettricità

Se una bobina intorno una sbarra di ferro del vento e alimentare la bobina con una corrente elettrica, il campo magnetico che produce allungherà leggermente la barra. Una rapida evoluzione attuale farà vibrare in risposta la sbarra di ferro. Se hai mai sentito un ronzio proveniente da un trasformatore, è da questa vibrazione.

Effetto di Villari

L'effetto opposto si verifica anche. Se si comprime una sbarra di ferro in una morsa, interesserà sue proprietà magnetiche. Gli scienziati chiamano questo effetto Villari. Un materiale magnetostrittivo all'interno di una bobina cambierà il proprietà elettromagnetiche della bobina a seconda della pressione e la forza esercitata sul materiale. Si tratta di un tipo di trasduttore magnetostrittivo chiamato un sensore di forza.Altri sensori misurano la velocità di un impulso sonoro in un filo magnetostrittivo. Un magnete permanente vicino il filo mette una leggera torsione del filo quando una corrente fluisce attraverso di essa. Se il magnete si muove, la posizione della torsione si sposta insieme ad esso. Il sensore misura quanto tempo ci vuole per l'impulso sonoro viaggiare dalla torsione all'estremità del filo. Il sensore è preciso e funziona senza attrito o usura.

Magnetostrizione gigante

Ordinari metalli magnetici come ferro e cobalto hanno un molto piccolo effetto magnetostrittivo, cambiando loro lunghezze di poche parti per milione o decimillesimi di un per cento. Pochi materiali scoperti negli anni 1970 e ' 80 hanno effetti magnetostrittivi centinaia di volte maggiore di metalli semplice. Questi materiali, come il Terfenol-D, posess ciò che gli scienziati chiamano un gigante effetto magnetostrittivo. Essi hanno aiutato a spostare i sensori magnetostrittivi fuori il laboratorio e in uso quotidiano.