Cảm biến từ giảo

• Hiệu ứng từ giảo

Dưới tác động của từ trường, một số vật liệu sắt từ thay đổi tính chất hình học hoặc tính chất cơ học (hệ số Young). Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng từ giảo. Khi có tác dụng của lực cơ học gây ra ứng lực trong vật liệu sắt từ làm thay đổi đường cong từ hoá của chúng, khi đó dựa vào sự thay đổi của độ từ thẩm hoặc từ dư có thể xác địnhđược độ lớn của lực tác dụng. Đây là hiệu ứng từ giảo nghịch.

- Cơ chế từ hoá: Như chúng ta đã biết trong vật liệu sắt từ, mỗi nguyên tử được đặc trưng bởi một mômen từ. Để giảm thiểu năng lượng tổng cộng, momen từ của các nguyên tử trong cùng một miền từ hoá tự nhiên (domen) phải hướng theo một hướng chung. Hướng chung này định hướng theo một số hướng ưu tiên của mạng tinh thể gọi là hướng dễ từ hoá. Hướng của các mômen từ trong các domen cạnh nhau không trùng nhau.

Khi có từ trường ngoài H tác động, sự định hướng của mô men từ trong một domen theo một hướng chung tăng dần. Khi H nhỏ, các vách domen từ dịch chuyểnvà kích thước của các domen từ có hướng từ hoá thuận lợi trùng với hướng của từ trường bên ngoài tăng lên. Khi từ trường ngoài tăng lên đến mức nào đó xảy ra hiện tượng đảo hướng của các domen theo hướng từ trường ngoài. Khi từ trường ngoài đủ mạnh sẽ làm quay hướng dễ từ hoá của các domen từ theo hướng từ trường ngoài dẫn đến bảo hoà (hinhd 16.8a).

- Hiện tượng từ trễ: Sau khi từ hoá lần đầu đến bảo hoà (H = H_m), nếu vẫn giữ nguyên phương từ trường và thực hiện một chu trình khép kín (H_m,0,-H_m,0) ta nhận được đường cong từ hoá như hình 16.8b gọi là đường cong từ trể với độ từ dư B_r là kháng từ H_c.

Hình 16.8 : Đường cong từ hoá

a) Từ hoá lần đầu b) Chu trình từ trễ

Khi trong vật liệu sắt từ có ứng lực, kích thước mạng tinh thể thay đổi, các hướng dễ từ hoá thay đổi dẫn đến làm thay đổi định hướng của các domen. Hiện tượng này gọi là hiệu ứng từ giảo nghịch.

Trên hình 16.9 biểu diễn ảnh hưởng của ứng lực đến đường cong từ hoá của permalloy 68.

Hình 16.9: Sự biến dạng của đường cong từ hoá

dưới tác dụng của lực kéo

• Cảm biến từ thẩm biến thiên

Cấu tạo của cảm biến gồm một cuộn dây có lõi từ hợp với một khung sắt từ tạo thành một mạch từ kín (hình 16.10). Dưới tác dụng của lực F, lõi từ bị biến dạng kéo theo sự thay đổi độ từ thẩm à, làm cho từ trở mạch từ thay đổi do đó độ tự cảm của cuộn dây cũng thay đổi. Sự thay đổi tương đối của L, R hoặc à tỉ lệ với ứng lực s, tức là với lực cần đo F:

Hình 16.10: có từ thẩm biến thiên

• Cảm biến từ dư biến thiên

Phần tử cơ bản của cảm biến từ dư biến thiên là một lõi từ làm bằng Ni tinh khiết cao, có từ dư B_r. Dưới tác dụng của lực cần đo, thí dụ lực nén (dσ < 0), B_r tăng lên:

Sự thay đổi của từ thông sẽ làm xuất hiện trong cuộn dây một suất điện động tỉ lệ với dB_r/dt. Biểu thức của điện áp hở mạch có dạng:

Trong đó K là hệ số tỉ lệ với số vòng dây và tiết diện vòng dây.