- Hall
- Magnetostriktion
Hall
Wird ein Hallelement von einem Strom durchflossen, so liefert es eine Spannung quer zum Stromfluss, wenn ein
Magnetfeld senkrecht zu beiden einwirkt. Da diese Spannung proportional zur magnetischen Feldstärke verläuft, ist durch Anbringen eines Positionsmagneten auf einer drehbaren Welle auf einfachste Weise eine berührungslose Winkelmessung machbar.
Diese Technologie hat in jüngerer Vergangenheit Fortschritte gemacht, die diesen Sensor zur exakten Winkelmessung ideal anbieten. Durch Kombination mehrerer Sensorelemente und Integration der
kompletten Signalverarbeitung in wenigen Bauelementen sind komplexe Systeme auf kleinstem Bauraum möglich.
Die Systeme arbeiten weitgehend alterungsunempfindlich und unabhängig von Feldstärkenschwankungen der
Gebermagnete. Sowohl kontaktlose, wellengeführte als auch berührungslose Systeme ohne mechanische Wellenanbindung ermöglichen die Messung über bis zu vollen 360° oder gar über mehrere Umdrehungen. Hohe Auflösungen bei guter Dynamik, große mechanische Toleranzen und schnelle Machbarkeit kundenspezifischer Sonderlösungen sind weitere überzeugende Eigenschaften dieser Technologie.
Magnetostriktion
Die elastische Verformung der Molekularstruktur ferromagnetischer Materialien wie Eisen, Nickel, Kobald und deren Legierungen wird Magnetostriktion genannt. Die mikromechanische Verformung findet bei einer Änderungen der Magnetisierung statt. Die magnetische Struktur ferromagnetischen Materialien besteht aus der Summe unzähliger kleiner Elementarmagnete. Die Elementarmagnete mit gleicher Magnetorientierung sind in abgegrenzte Bereiche zusammengefasst – “Weiss´sche Bezirke” genannt. Die Magnetorientierung der Weiss´schen Bezirke im nicht magnetisierten Zustand ist willkürlich.
Bei der Einwirkung eines externen Magnetfeldes orientieren sich eine bestimmte Anzahl der Bereiche spontan in Richtung der Magnetisierung. Die Zahl der Bezirke, die sich in Magnetisierungsrichtung orientieren, hängt sowohl von der Magnetfeldstärke des externen Feldes als auch von den mechanischen Eigenschaften des ferromagnetischen Materials ab.
Die Magnetisierungsänderung der Bezirke hat eine spontane Änderung der mechanischen Form zur Folge, wobei eine mechanische Welle entsteht.
Die mechanische Welle ist eine Torsionswelle, die am Ort der Anregung durch das externe Magnetfeld entsteht. Die Torsionswelle pflanzt sich in dem ferromagnetischen Material mit einer Geschwindigkeit von 2800 m/s fort. Diese physikalische Eigenschaft ist die Grundlage der magnetostriktiven Wegaufnehmer.
Ein ferromagnetisches Material mit ausgeprägter magnetostriktiven Eigenschaft (Wellenleiter) befindet sich entlang der Messstrecke in einem robusten Gehäuse. Ein externes Magnetfeld (Positionsgeber) markiert die Messposition. Die spontane Ummagnetisierung wird durch das Zusammenwirken des externen Magnetfeldes und einem sehr kurzen Stromimpuls, der durch den Wellenleiter fließt, ausgelöst. Die Torsionswelle pflanzt sich im Wellenleiter fort. Die Zeit zwischen der Anregung und dem Empfang der Torsionswelle in einem Wellenwandler wird in der Elektronik zu dem entsprechenden Positionswert umgesetzt.
