자력계란 무엇입니까?

히스테리시스 곡선과의 관계 및 적용을 포함하여 자력계의 기본 사항을 배웁니다.

자력계는 자기장의 크기나 방향을 측정할 수 있는 장치입니다. 그들은 전자 제품의 거의 모든 곳에 존재합니다. 스마트폰이 수직인지 감지하는 데 사용하는 스마트폰만큼 간단할 수도 있고 NASA가 화성 자기장을 측정하는 데 사용하는 것처럼 복잡할 수도 있습니다.

여기에서는 자력계의 기본 사항과 응용 프로그램을 살펴보겠습니다. 다음 기사에서 특정 유형의 자력계에 대해 자세히 살펴보겠습니다.

자력계는 어떻게 작동합니까?

자력계는 일반적으로 간접 방법을 통해 자기 모멘트라고 하는 것을 측정합니다. 면적이 A이고 전류가 I인 폐쇄 루프의 자기 모멘트는 크기가 I 곱하기 A와 같은 벡터입니다. 이 루프가 경험하는 토크는 자기 모멘트에 자기장을 곱한 것과 같습니다.

수학적으로 자기 모멘트는 다음과 같이 표현됩니다.

$$\overrightarrow{\tau} =\overrightarrow{m} \times \overrightarrow{B}$$

어디에

<울>

τ =토크

m =자기 모멘트

B =외부 자기장

벡터 양으로서 자기장의 방향은 진폭만큼 중요합니다. 일부 자력계는 자기장의 방향과 크기를 모두 측정할 수 있고(벡터 자력계), 다른 자력계는 진폭만 측정할 수 있습니다(스칼라 자력계).

단위와 관련하여 국제 시스템(SI) 단위는 Am ² 입니다. . 그러나 $$\frac{erg}{G}$$와 같은 다른 많은 단위로 표현되는 것을 보는 것이 일반적입니다. 여기서 erg는 10 ^-7 에 해당하는 에너지 단위입니다. 줄 및 G는 1가우스입니다.

자력계 및 히스테리시스 곡선

자성 재료의 특성은 자기장에 잠겨 있을 때 다릅니다. 이러한 재료가 적용 전후에 필드에 어떻게 반응하는지에 따라 상자성, 반자성 또는 강자성 재료 그룹에 속합니다. 이 외에도 약한 자기 특성을 나타내는 비자성 물질이 있습니다.

자기 특성을 나타내는 가장 좋은 도구는 히스테리시스 곡선입니다. 자기장 강도 H에 대한 자속 밀도 B를 나타냅니다.

그림 1. 히스테리시스 곡선의 예. NDT 리소스 센터 제공 이미지 사용

자성 재료의 가장 두드러진 측면은 적용된 힘을 제거하더라도 자화 상태를 유지한다는 것입니다(즉, 유지력을 나타냄). 그런 다음 재료를 초기 지점으로 되돌리려면 음의 자기장 강도(H)를 적용하여 자기를 제거해야 합니다( 보자력).

자성 재료의 특수한 측면과 응용의 과잉으로 인해 좋은 분해능으로 특성을 측정할 수 있는 능력은 물리학 및 재료 분야에 혁명을 가져왔습니다.

고감도 전자 측정

다른 많은 센서와 마찬가지로 자기 센서에는 작은 전기 신호를 처리하고 마이크로컨트롤러, 프로세서 또는 인간이 읽을 수 있는 입력을 생성하기 위해 일련의 전자 시스템이 수반됩니다. 대부분의 경우 신호가 매우 작고 노이즈에 매우 민감하기 때문에 이러한 시스템의 설계 및 구축은 어려운 일입니다. 따라서 설계자는 회로 복잡성, 센서 용량 및 비용 간에 균형을 유지해야 합니다.

필터나 증폭기와 같이 자주 사용되는 비교적 단순한 구성 요소가 있지만 변조-복조 체인 또는 잠금 증폭기와 같이 더 복잡한 구성 요소도 있습니다.

소형화가 진행됨에 따라 아날로그 컨디셔닝 회로의 일부가 신호 체인의 집적 회로(IC) 내부에 구현되는 경우가 종종 있습니다. 이는 디스크리트 솔루션에 비해 오류가 발생하기 쉽고 컴팩트하기 때문입니다.

그림 2. 홀 센서 IC의 내부 부품. Allegro 제공 이미지 사용

반대로 통합 솔루션은 유연성이 떨어질 수 있습니다. 특정 응용 프로그램이나 새로운 응용 프로그램에서 작업할 때 디자이너는 새로운 컨디셔닝 체인을 개발해야 할 수 있기 때문에 개별 옵션을 선호할 수 있습니다.

자력계 애플리케이션

자력계는 일상적인 응용 분야에서 널리 사용됩니다. 일반적으로 가장 복잡한 센서는 스트라스부르의 물리학 및 화학과 같은 고도로 전문화된 실험실에 예약되어 있습니다. 이러한 자력계에는 진동 샘플 자력계, SQUID 자력계, AGFM(대체 구배 자기장 자력계) 등이 포함될 수 있습니다.

홀 효과 센서는 자기장이 강한 응용 분야에서 널리 사용됩니다. 가장 큰 애플리케이션은 모터 드라이브 애플리케이션의 모션 감지 및 제어입니다.

그림 3. 홀 센서 IC. Microchip 제공 이미지 사용

모터 축 주위에 공간적으로 분포된 센서(보통 2~3개)와 센서를 트리거하는 금속 구성요소를 센서 앞에 배치하는 것이 일반적입니다. 금속 부품이 센서 앞을 지나갈 때마다 속도나 위치를 계산할 수 있는 정사각형 또는 사인파 신호를 생성합니다.

MEMS 자력계는 또한 시장에서 쉽게 찾을 수 있습니다. 일반적으로 가속도, 각속도 및 자기장을 측정하는 IMU(관성 운동 단위)의 일부입니다. STMicroelectronics의 eCompass와 같은 모델은 PCB에 통합된 다음 필터 또는 마이크로컨트롤러와 같은 다른 부품에 연결할 수 있습니다. 수평 또는 수직 방향에 따라 디스플레이 정보를 자동으로 조정하는 스마트폰 화면에서 움직임 감지와 같은 애플리케이션에 사용되는 이러한 자력계를 찾을 수 있습니다.

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