1 Ãberblick über die Sensorik
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Seite 141<br />
280 5.4 Wiegand- und Impulsdrahtsensoren 5.4 Wiegand- und Impulsdrahtsensoren 281<br />
Die komplizierte Abhängigkeit des Schaltverhaltens von Wieganddrähten entsteht<br />
durch magnetische Abschlußbezirke an den Drahtenden, deren Wirkung nur bei optimaler<br />
Rücksetzfeldstärke reduziert werden kann. Problematisch ist auch <strong>die</strong> relativ geringe<br />
Koerzitivfeldstärke des Mantelbereichs von ca. 30 A/cm, <strong>die</strong> bei größeren Rücksetzfeldstärken<br />
überschritten wird: In <strong>die</strong>sem Fall werden <strong>die</strong> Verhältnisse in Bild 5.4-2<br />
umgedreht, so daß der Schaltimpuls stark abnimmt (Bild 5.4-3b).<br />
Aufgrund der Unsicherheiten im Schaltverhalten von Wieganddrähten ist es wünschenswert,<br />
<strong>die</strong> Koerzitivfeldstärke des Mantelbereichs so weit zu vergrößern, daß sie<br />
mindestens eine Größenordnung über der Schaltfeldstärke des Kerns liegt. Außerdem<br />
ist ein einfacheres Herstellungsverfahren vorzuziehen; beides ist bei den Impulsdrähten<br />
realisiert (Bild 5.4-4): Dabei wird von Schaltkernen aus VACOFLUX (s.<br />
Tab. 5.4-1) ausgegangen, <strong>die</strong> mit einem Mantel aus 28Ni-18Co-Fe (VACON 10) umgeben<br />
sind. Bei einer starken Dehnung <strong>die</strong>ses Verbunddrahtes wird nur der Außenmantel,<br />
nicht aber der Kernbereich plastisch verformt, d.h. bei Zugentspannung hat der Mantel<br />
eine größere Länge als der Kern, so daß der Kern einer bleibenden elastischen Zugspannung<br />
unterworfen ist. Da es kein Dauermagnetmaterial mit den für den Mantel gewünschten<br />
mechanischen Eigenschaften gibt, muß zur Festlegung der Magnetisierungsrichtung<br />
ein zweiter permanentmagnetischer Draht neben dem Impulsdraht angeordnet<br />
werden.<br />
Bild 5.4-5 Impulsspannung (a) und Hystereseschleife (b) des Impulsdrahtsensors MSE 590/<br />
003 (nach [5.20]): Wie beim Wiegandsensor entsteht ein signifikanter Impuls nur<br />
beim Einschalten (Bild 5.4-2c) des Sensors (gestrichelte Kurve in b).<br />
Bild 5.4-4<br />
Aufbau eines Impulsdrahtes (nach [5.20]): Neben dem mechanisch verformten<br />
Verbunddraht mit permanenter elastischer Vorspannung ist zur Festlegung der<br />
Magnetisierungsrichtung ein weiterer permanentmagnetischer Draht angeordnet.<br />
In Tab. 5.4-2 und Bild 5.4-5 sind <strong>die</strong> Eigenschaften eines Impulsdrahtes nach Bild 5.4-4<br />
zusammengefaßt.<br />
Tab. 5.4-2 Typische Eigenschaften eines Impulsdrahtes, nach [5.20])<br />
Im Gegensatz zum Wieganddraht ist der Impulsdraht symmetrisch ansteuerbar und benötigt<br />
nur eine Feldstärke von 30 A/cm. Die Koerzitivkraft des Dauermagnetdrahts beträgt<br />
450 A/cm und liegt damit weit außerhalb des kritischen Bereichs. Unterhalb von<br />
100 Hz ist <strong>die</strong> Impulshöhe frequenzunabhängig. Naturgemäß nimmt <strong>die</strong> Impulsamplitude<br />
mit kleiner werdendem Lastwiderstand ab; ein typischer Innenwiderstand liegt<br />
bei 300 Ω.<br />
Bei anderen Ausführungsformen von Impulsdrahtsensoren für kleine Ansteuerfelder<br />
können permanentmagnetische Mantellegierungen verwendet werden, <strong>die</strong> Zugspannung<br />
wird in <strong>die</strong>sem Fall durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten<br />
der beiden Werkstoffe bewirkt<br />
Im Gegensatz zu den Hall- und Permalloysensoren erfordern Wiegand- und Impulsdrahtsensoren<br />
keine Stromversorgung. Das große Impulssignal läßt sich problemlos störungsfrei<br />
über große Strecken übertragen. Sie sind anwendbar auch für niedrigste<br />
Schaltfrequenzen und einsetzbar bis zu Temperaturen um 200 o C. Bild 5.4-6 zeigt eine<br />
für Impulsdrahtsensoren typische Anordnung von Schalt- und Rücksetzmagneten,<br />
z.B. auf einem Rad, dessen Umdrehungszahl magnetisch bestimmt werden soll.