1 Überblick über die Sensorik

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280 5.4 Wiegand- und Impulsdrahtsensoren 5.4 Wiegand- und Impulsdrahtsensoren 281
Die komplizierte Abhängigkeit des Schaltverhaltens von Wieganddrähten entsteht
durch magnetische Abschlußbezirke an den Drahtenden, deren Wirkung nur bei optimaler
Rücksetzfeldstärke reduziert werden kann. Problematisch ist auch die relativ geringe
Koerzitivfeldstärke des Mantelbereichs von ca. 30 A/cm, die bei größeren Rücksetzfeldstärken
überschritten wird: In diesem Fall werden die Verhältnisse in Bild 5.4-2
umgedreht, so daß der Schaltimpuls stark abnimmt (Bild 5.4-3b).
Aufgrund der Unsicherheiten im Schaltverhalten von Wieganddrähten ist es wünschenswert,
die Koerzitivfeldstärke des Mantelbereichs so weit zu vergrößern, daß sie
mindestens eine Größenordnung über der Schaltfeldstärke des Kerns liegt. Außerdem
ist ein einfacheres Herstellungsverfahren vorzuziehen; beides ist bei den Impulsdrähten
realisiert (Bild 5.4-4): Dabei wird von Schaltkernen aus VACOFLUX (s.
Tab. 5.4-1) ausgegangen, die mit einem Mantel aus 28Ni-18Co-Fe (VACON 10) umgeben
sind. Bei einer starken Dehnung dieses Verbunddrahtes wird nur der Außenmantel,
nicht aber der Kernbereich plastisch verformt, d.h. bei Zugentspannung hat der Mantel
eine größere Länge als der Kern, so daß der Kern einer bleibenden elastischen Zugspannung
unterworfen ist. Da es kein Dauermagnetmaterial mit den für den Mantel gewünschten
mechanischen Eigenschaften gibt, muß zur Festlegung der Magnetisierungsrichtung
ein zweiter permanentmagnetischer Draht neben dem Impulsdraht angeordnet
werden.
Bild 5.4-5 Impulsspannung (a) und Hystereseschleife (b) des Impulsdrahtsensors MSE 590/
003 (nach [5.20]): Wie beim Wiegandsensor entsteht ein signifikanter Impuls nur
beim Einschalten (Bild 5.4-2c) des Sensors (gestrichelte Kurve in b).
Bild 5.4-4
Aufbau eines Impulsdrahtes (nach [5.20]): Neben dem mechanisch verformten
Verbunddraht mit permanenter elastischer Vorspannung ist zur Festlegung der
Magnetisierungsrichtung ein weiterer permanentmagnetischer Draht angeordnet.
In Tab. 5.4-2 und Bild 5.4-5 sind die Eigenschaften eines Impulsdrahtes nach Bild 5.4-4
zusammengefaßt.
Tab. 5.4-2 Typische Eigenschaften eines Impulsdrahtes, nach [5.20])
Im Gegensatz zum Wieganddraht ist der Impulsdraht symmetrisch ansteuerbar und benötigt
nur eine Feldstärke von 30 A/cm. Die Koerzitivkraft des Dauermagnetdrahts beträgt
450 A/cm und liegt damit weit außerhalb des kritischen Bereichs. Unterhalb von
100 Hz ist die Impulshöhe frequenzunabhängig. Naturgemäß nimmt die Impulsamplitude
mit kleiner werdendem Lastwiderstand ab; ein typischer Innenwiderstand liegt
bei 300 Ω.
Bei anderen Ausführungsformen von Impulsdrahtsensoren für kleine Ansteuerfelder
können permanentmagnetische Mantellegierungen verwendet werden, die Zugspannung
wird in diesem Fall durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten
der beiden Werkstoffe bewirkt
Im Gegensatz zu den Hall- und Permalloysensoren erfordern Wiegand- und Impulsdrahtsensoren
keine Stromversorgung. Das große Impulssignal läßt sich problemlos störungsfrei
über große Strecken übertragen. Sie sind anwendbar auch für niedrigste
Schaltfrequenzen und einsetzbar bis zu Temperaturen um 200 o C. Bild 5.4-6 zeigt eine
für Impulsdrahtsensoren typische Anordnung von Schalt- und Rücksetzmagneten,
z.B. auf einem Rad, dessen Umdrehungszahl magnetisch bestimmt werden soll.