什么是磁致伸缩效应

什么是磁致伸缩效应

磁致伸缩效应Magnetostrictive effect
　　所谓磁致伸缩效应，是指铁磁体在被外磁场磁化时，其体积和长度将发生变化的现象。磁致伸缩效应引起的体积和长度变化虽是微小的，但其长度的变化比体积变化大得多，是人们研究应用的主要对象，又称之为线磁致伸缩。线磁致伸缩的变化量级为10-5～10-6。它是焦耳在1842年发现的，其逆效应是压磁效应。
　　磁致伸缩效应可用来设计制作应力传感器和转矩传感器。利用磁致伸缩系数大的硅钢片制取的应力传感器多用于1t以上重量的检测中。其输入应力与输出电压成正比，一般精度为1%～2%，高的可达0.3%～0.5%。磁致伸缩转矩传感器可以测出小扭角下的转矩。
　　磁致伸缩用的材料较多，主要有镍、铁、钴、铝类合金与镍铜钴铁氧陶瓷，其磁致伸缩系数为10-5量级。高磁致伸缩系数（≥10-3量级）的材料也被开发出了，如铽铁金属化合物——TbFe2、TbFe3和非晶体磁致伸缩材料——金属玻璃等。

所有的磁性材料都在某种程度上具有磁致伸缩效应，磁致伸缩效应是由于自旋－轨道耦合能和物质的弹性能平衡而产生的。磁致伸缩产生也是满足能量最小条件的必然结果。从自由能极小的观点来看，磁性材料的磁化状态发生变化时，其自身的形状和体积都要改变，因为这样才能使整个体系的总能量最小。具体来说，导致样品形状和体积发生改变的原因有如下几个方面。
（1）自发形变
自发形变是由原子间交换作用力引起的。假想有一单畴的晶体，在居里温度以上是球形的，当它自居里温度以上冷却下来以后，由于交换力使晶体自发磁化，与此同时，晶体也就改变了形状，这就是“自发”的变形或磁致伸缩。
（2）场致形变
铁磁体在外磁场作用下会发生形变和体积变化，并随着所加磁场的大小不同，形变也不同。当外磁场比饱和磁化场Hs小时，样品的形变主要是长度的改变（线磁致伸缩），而体积几乎不变；当外磁场大于饱和磁化场Hs时，样品的形变主要是体积的改变，即体积磁致伸缩。
（3）形状效应
设一个球形的单畴样品，想像它的内部没有交换作用和自旋－轨道的耦合作用，而只有退磁能1/2NMs2V，为了降低退磁能，样品的体积要缩小，并且在磁化方向要伸长以减小退磁因子N，这便是形状效应，其数值较其它两种磁致伸缩要小。
磁致伸缩的唯象机理，如图所示。在居里温度以下，磁性材料中存在着大量的磁畴，在每个磁畴中，原子的磁矩有序排列，引起晶格发生形变。由于各个磁畴的自发磁化方向不尽相同，因此在没有外加磁场时，自发磁化引起的形变互相抵消，显示不出宏观效应。外加磁场后，各个磁畴的自发磁化都转向外磁场方向，结果导致磁体尺寸发生变化，于是产生了宏观磁致伸缩。

比如，磁铁是分正负极的，他们是互相吸引的。请采纳

在一非磁性传感管内装有一根磁致伸缩线，在磁致伸缩线一端装有一个具有专利的压磁传感器，该压磁传感器每秒发出10个电流脉冲信号给磁致伸缩线,并开始计时，该电流脉冲同磁性浮子的磁场产生相互作用，在磁致伸缩线上产生一个扭应力波，这个扭应力波以已知的速度从浮子的位置沿磁致伸缩线向两端传送。直到压磁传感器收到这个扭应力信号为止,具有专利的压磁传感器可测量出起始脉冲和返回扭应力波间的时间间隔，根据时间间隔大小来判断浮子的位置，由于浮子总是悬浮在液面上，且磁浮子位置随液面的变化而变化，即时间间隔大小也就是液面的高低，然后通过全智能化电子装置将时间间隔大小信号转换成与被测液位成比例的4—20mA信号进行输出。