Физические эффекты с магнитными результатами воздействия

К магнитным результатам воздействия относятся магнитная проницаемость, намагниченность.

Примерами физических эффектов данной группы являются: магнитоупругий эффект; изменение магнитной проницаемости ферромагнитных веществ под действием электрического поля, температуры и других факторов; эффект Баркгаузена. Широкое применение для измерения различных физических величин получил магнитоупругий эффект.

Магнитоупругий эффект

Магнитоупругий эффект – это изменение намагниченности ферромагнитного тела при деформации. Он является термодинамически обратным магнитострикции, и его иногда называют обратным магнитострикционным эффектом [11].

Структурная схема магнитоупругого эффекта показана на рис. 3.12. При воздействии на кристаллы ферромагнетика механических усилий на кристаллографическую анизотропию накладывается магнитоупругая анизотропия, вызванная дополнительным магнитным взаимодействием атомов вследствие искажения атомной решетки кристалла.

Энергия магнитоупругой анизотропии зависит от вектора намагниченности насыщения в кристалле и создает допол-нительные выгодные энергети- ческие направления областей в решетке. Упругие напряжения,

действующие на ферромагнетик, приводят к изменению ориентации магнитных моментов доменов в решетке (без изменения абсолютного значения вектора намагниченности насыщения ). Это приводит к изменению намагниченности ферромагнетика. Магнитоупругая энергия непосредственно связана с магнитострикцией [11].

Устойчивые направления областей в ферромагнетике определяются минимальным значением магнитной энергии кристалла, включающей в себя три составляющие: 1) энергию магнитной анизотропии W_k; 2) магнитоупругую энергию W_d; 3) энергию внешнего магнитного поля W_Н.

В зависимости от вида упругой деформации намагниченность в различных ферромагнитных материалах изменяется различно. Характер изменения зависит от величины и знака магнитострикции материала.

Например, для случая сильных упругих растяжений, действующих в направлении магнитного поля Н, намагниченность М может быть определена из выражения

, (3.35)

где α – численный коэффициент,

;

– магнитострикция насыщения.

Магнитоупругий эффект зависит от материала, величины и знака его магнитострикций, температуры окружающей среды, упругой деформации и напряженности магнитного поля. Вокруг образца существует магнитное поле. При положительной магнитострикции материала направление результирующей намагниченности совпадает с направлением действия силы и магнитного поля. При отрицательной магнитострикции материала направление результирующей намагниченности перпендикулярно к направлению действия силы и магнитного поля.

Относительную чувствительность магнитоупругого материала можно характеризовать, как и у тензорезисторов, коэффициентом тензочувствительности:

. (3.36)

Магнитоупругие свойства материала характеризуются также относительной магнитоупругой чувствительностью:

, (3.37)

где Е – модуль упругости; μ – магнитная проницаемость; σ – внутреннее напряжение в материале.

Для одного и того же материала под действием механического напряжения магнитная проницаемость в слабых полях может возрастать, в то время как в сильных – падать.

Ориентировочные значения магнитоупругой чувствительности для некоторых материалов приведены в табл. 3.6 [11].

 

 

Таблица 3.6

Материал	Пермаллой (45%Ni+55 % Fe	Трансформаторная сталь	Мягкая сталь
Sμ	9,4 (при Н=0,2А/см)	8,4 (при Н=2А/м)	8,1 (при Н=1,5А/м)

Магнитоупругий эффект используется в магнитоупругих преобразователях (датчиках), которые применяются для измерения давления, силы, смещения и других физических величин.