Гистерезис что: Что такое петля гистерезиса? — Вольтик.ру

Содержание

Что такое петля гистерезиса? — Вольтик.ру

Биологические и физические системы способны мгновенно откликаться на приложенное к ним воздействие. Если рассмотреть это явление на временной оси координат, то становится заметно, что отклик зависит от предыстории системы и ее текущего состояния. График, который наглядно демонстрирует это свойство систем, получил название петли гистерезиса, которая отличается остроугольной формой.

Оригинальная форма петли обусловлена эффектом насыщения и неравномерностью траектории между соседними расстояниями. Эффект гистерезиса имеет кардинальные отличия от инерционности, с которой его часто путают, забывая о том, что монотонное сопротивление существенно отличается от мгновенного сопротивления на воздействие.

Петля гистерезиса является циклом, в ходе которого часть свойств системы используются независимо от воздействий, а часть – отправляется на повторную проверку.

В физике наиболее часто системы сталкиваются со следующими видами гистерезиса:

  • Магнитный – отражает зависимость между векторами напряжения магнитного поля и намагничивания в веществе. Это явление объясняет существование постоянных магнитов.
  • Сепнгетоэлектрический – зависимость между поляризацией сегнетоэлектриков и изменения внешнего электрического поля.
  • Упругий – зависимость деформации упругих материалов от воздействия высоких давлений. Это явление лежит в основе великолепных механических характеристик изделий из кованого метала.

Упругий гистерезис встречается двух основных видов – статический и динамический. В первом случае петля будет равномерной, во втором – постоянно меняющейся.

В электротехнике широко применяются устройства, в основе которых лежат магнитные взаимодействия. Наиболее распространение получили магнитные носители данных. Понимание гистерезиса необходимо для подавления в них шумов, таких как быстрые колебания или дребезжание контактов.

В большинстве электронных приборов наблюдается явление теплового гистерезиса. В процессе работы устройства нагреваются, а после охлаждения ряд характеристик уже не могут принять первоначальные явления.

Так, в процессе нагрева происходит расширение микросхем и печатных плат, полупроводниковых кристаллов. В результате развивается механическое напряжение, воздействие которого на элементы системы сохраняется после остывания. Особенно ярко тепловой гистерезис проявляется в высокоточных источниках опорного напряжения.

Гистерезис — это… Что такое Гистерезис?

Рис. 1. Петля гистерезиса. Подобная зависимость величин характерна для всех видов гистерезиса

Гистере́зис (греч. ὑστέρησις — отстающий) — свойство систем (физических, биологических и т. д.), мгновенный отклик которых на приложенные к ним воздействия зависит в том числе и от их текущего состояния, а поведение системы на интервале времени во многом определяется её предысторией. Для гистерезиса характерно явление «насыщения», а также неодинаковость траекторий между крайними состояниями (отсюда наличие остроугольной петли на графиках). Не следует путать это понятие с инерционностью поведения систем, которое обозначает монотонное сопротивление системы изменению её состояния.

В физике

Наибольший интерес представляют магнитный гистерезис, сегнетоэлектрический гистерезис и упругий гистерезис.

Магнитный гистерезис

Магнитный гистерезис — явление зависимости вектора намагничивания и вектора напряженности магнитного поля в веществе не только от приложенного внешнего поля, но и от предыстории данного образца. Магнитный гистерезис обычно проявляется в ферромагнетиках — Fe, Co, Ni и сплавах на их основе. Именно магнитным гистерезисом объясняется существование постоянных магнитов.

Явление магнитного гистерезиса наблюдается не только при изменении поля H по величине и знаку, но также и при его вращении (гистерезис магнитного вращения), что соответствует отставанию (задержке) в изменении направления M с изменением направления H. Гистерезис магнитного вращения возникает также при вращении образца относительно фиксированного направления H.

Теория явления гистерезиса учитывает конкретную магнитную доменную структуру образца и её изменения в ходе намагничивания и перемагничивания.

Эти изменения обусловлены смещением доменных границ и ростом одних доменов за счёт других, а также вращением вектора намагниченности в доменах под действием внешнего магнитного поля. Всё, что задерживает эти процессы и способствует попаданию магнетиков в метастабильные состояния, может служить причиной магнитного гистерезиса.

В однодоменных ферромагнитных частицах (в частицах малых размеров, в которых образование доменов энергетически невыгодно) могут идти только процессы вращения M. Этим процессам препятствует магнитная анизотропия различного происхождения (анизотропия самого кристалла, анизотропия формы частиц и анизотропия упругих напряжений). Благодаря анизотропии,

M как-будто удерживается некоторым внутренним полем (эффективным полем магнитной анизотропии) вдоль одной из осей лёгкого намагничивания, соответствующей минимуму энергии. Магнитный гистерезис возникает из-за того, что два направления M (по и против) этой оси в магнитоодноосном образце или несколько эквивалентных (по энергии) направлений М в магнитомногоосном образце соответствуют состояниям, отделённым друг от друга потенциальным барьером (пропорциональным ). При перемагничивании однодоменных частиц вектор M рядом последовательных необратимых скачков поворачивается в направлении
H
. Такие повороты могут происходить как однородно, так и неоднородно по объёму. При однородном вращении M коэрцитивная сила . Более универсальным является механизм неоднородного вращения M. Однако наибольшее влияние на он оказывает в случае, когда основную роль играет анизотропия формы частиц. При этом может быть существенно меньше эффективного поля анизотропии формы.

Сегнетоэлектрический гистерезис

Сегнетоэлектрический гистерезис — неоднозначная петлеобразная зависимость поляризации P сегнетоэлектриков от внешнего электрического поля E при его циклическом изменении. Сегнетоэлектрические кристаллы обладают в определенном температурном интервале спонтанной (самопроизвольной, то есть возникающей в отсутствие внешнего электрического поля) электрической поляризацией

Pc. Направление поляризации может быть изменено электрическим полем. При этом зависимость P(E) в полярной фазе неоднозначна, значение P при данном E зависит от предыстории, то есть от того, каким было электрическое поле в предшествующие моменты времени. Основные параметры сегнетоэлектрического гистерезиса:

  • остаточная поляризация кристалла Pост, при E = 0
  • значение поля
    E
    Kt(коэрцитивное поле) при котором происходит переполяризация

Упругий гистерезис

В теории упругости явление гистерезиса наблюдается в поведении упругих материалов, которые под воздействием больших давлений способны сохранять деформацию и утрачивать её при воздействии обратного давления (например, вытягивание сжатого стержня). Во многом именно это явление объясняет анизотропию механических характеристик кованых изделий, а также их высокие механические качества.

Различают два вида упругого гистерезиса — динамический и статический.

Динамический гистерезис наблюдают при циклически изменяющихся напряжениях, максимальная амплитуда которых существенно ниже предела упругости.

Причиной этого вида гистерезиса является неупругость либо вязкоупругость. При неупругости, помимо чисто упругой деформации (отвечающей закону Гука), имеется составляющая, которая полностью исчезает при снятии напряжений, но с некоторым запаздыванием, а при вязкоупругости эта составляющая со временем исчезает не полностью. Как при неупругом, так и вязкоупругом поведении величина  — энергия упругой деформации — не зависит от амплитуды деформации и меняется с частотой изменения нагрузки. Также динамический гистерезис возникает в результате термоупругости, магнитоупругих явлений и изменения положения точечных дефектов и растворённых атомов в кристаллической решётке тела под влиянием приложенных напряжений.

В электронике и электротехнике

В электронике и электротехнике используются устройства, обладающие магнитным гистерезисом — различные магнитные носители информации, или электрическим гистерезисом, например, триггер Шмитта или гистерезисный двигатель.

Гистерезис используется для подавления шумов (быстрых колебаний, дребезга контактов) в момент переключения логических сигналов.

В электронных приборах всех видов наблюдается явление теплового гистерезиса: после нагрева прибора и его последующего охлаждения до начальной температуры его параметры не возвращаются к начальным значениям. Из-за неодинакового теплового расширения кристаллов полупроводников, кристаллодержателей, корпусов микросхем и печатных плат в кристаллах возникают механические напряжения, которые сохраняются и после охлаждения. Явление теплового гистерезиса наиболее заметно в прецизионных источниках опорного напряжения, используемых в измерительных аналого-цифровых преобразователях. В современных микросхемах относительный сдвиг опорного напряжения вследствие теплового гистерезиса составляют порядка 10-100 ppm

[1].

В биологии

Гистерезисные свойства характерны для скелетных мышц млекопитающих.

В почвоведении

Основная гидрофизическая характеристика почвы обладает гистерезисом.

В гидрологии

Зависимость Q=f(H) — связь расходов и уровней воды в реках — имеет петлеобразную форму.

В экономике

Некоторые экономические системы проявляют признаки гистерезиса: например, могут потребоваться значительные усилия, чтобы начать экспорт в какой-либо отрасли, но для его поддержания на постоянном уровне — небольшие.

В теории игр эффект гистерезиса проявляется в том, что небольшие отличия по одному или нескольким параметрам приводят две системы в противоположные стабильные равновесия, например, «хорошее» — доверие, честность и высокое благосостояние; и «плохое» — воровство, недоверие, коррупция и бедность. Несмотря на небольшие первоначальные различия, системы требуют огромных усилий для перехода из одного равновесия в другое.

Эффект гистерезиса — состояние безработицы; достигнув достаточно высокого уровня, она может в определенной мере самовоспроизводиться и удерживаться на нем. Экономические причины гистерезиса (долгосрочной негибкости рынка труда) неоднозначны. Некоторые институциональные факторы ведут к гистерезису. Например, социальное страхование, особенно страхование по безработице, может через налоговую систему снижать спрос фирм на рабочую силу в официальной экономике. Безработица может вести к потере человеческого капитала и к «помечиванию» тех, кто долгое время остается безработным. Профсоюзы могут вести переговоры с целью поддерживать благосостояние их настоящих членов, игнорируя интересы аутсайдеров, оказавшихся безработными. Фиксированные издержки, связанные со сменой должности, места работы или отрасли, также могут приводить к гистерезису. Наконец, возможны трудности при различении реальных и кажущихся явлений гистерезиса, когда конечное состояние системы определяется ее текущей динамикой или ее начальным состоянием. В первом случае гистерезис отражает наше незнание: добавив недостающие переменные и информацию, можно более полно описать эволюцию изучаемой системы. Др. интерпретация явления гистерезиса — простое существование нескольких состояний равновесия, когда невидимые воздействия перемещают экономику из одного состояния равновесия в др.

В социологии

Проверить информацию.

Необходимо проверить точность фактов и достоверность сведений, изложенных в этой статье.
На странице обсуждения должны быть пояснения.

В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 12 мая 2011.

Формирование общественного мнения и управление им никогда не осуществляется мгновенно. Всегда есть какая-то задержка. Это связано с полным или частичным отказом от стереотипного традиционного мышления и необходимостью «поддаться» в определенных случаях переубеждению и следованию новым взглядам, которые формируются определенными субъектами. В качестве субъектов формирования общественного мнения и управления им могут выступать государство, партии, общественные организации, их лидеры, руководители и управленцы различного уровня и др.

В характере формирования общественного мнения важно учитывать два существенных обстоятельства. [2]

Одно из них указывает на взаимосвязь приложенных усилий субъектом влияния и достигнутым результатом. Уровень затраченной субъектом просветительской и пропагандистской работы можно соотносить с уровнем «намагниченности» (степенью вовлеченности в новую идею) объекта—носителя общественного мнения, социальную группу, коллектив, социальную общность или общество в целом; при этом может обнаружиться некоторое отставание объекта от субъекта. Переубеждение, в том числе с предполагаемыми деструктивными последствиями, далеко не всегда проходит успешно. Оно зависит от собственных моральных ценностей, обычаев, традиций, характера предыдущего воспитания, от этических норм, доминирующих в обществе и т. д.

Второе обстоятельство связано с тем, что новый этап формирования общественного мнения можно соотносить с историей объекта, его опытом, его оценкой теми, кто ранее выступал объектом формирования общественного мнения. При этом можно обнаружить, что «точка отсчета» времени формирования общественного мнения смещается относительно прежней, что является характеристикой самой системы и ее текущего состояния.

Литература по теме

В философии

Жиль Делёз использует понятие гистерезиса при характеристике монадологии Лейбница.

Математические модели гистерезиса

Появление математических моделей гистерезисных явлений обуславливалось достаточно богатым набором прикладных задач (прежде всего в теории автоматического регулирования), в которых носители гистерезиса нельзя рассматривать изолированно, поскольку они являлись частью некоторой системы. Создание математической теории гистерезиса относится к 60-м годам XX-го века[источник не указан 652 дня], когда в Воронежском университете начал работать семинар под руководством М. А. Красносельского, «гистерезисной» тематики. Позднее, в 1983 году появилась монография [3], в которой различные гистерезисные явления получили формальное описание в рамках теории систем: гистерезисные преобразователи трактовались как операторы, зависящие от своего начального состояния как от параметра, определённые на достаточно богатом функциональном пространстве (например, в пространстве непрерывных функций), действующие в некотором функциональном пространстве. Простое параметрическое описание различных петель гистерезиса можно найти в работе [4] (замена в данной модели гармонических функций на прямоугольные, треугольные или трапецеидальные импульсы позволяет также получить кусочно-линейные петли гистерезисы, которые часто встречаются в дискретной автоматике, см. пример на Рис. 2).

Литература

В. А. Костицын, «Опыт математической теории гистерезиса», Матем. сб., 32:1 (1924), 192—202.

Примечания

что это такое, как получить петлю гистерезиса на осциллографе, примеры

Начнем с основного определения.

Определение 1

Диэлектрическим гистерезисом называется явление неоднозначной зависимости поляризованности P→ от напряженности внешнего поля E→ у сегнетоэлектриков при циклических изменениях.

Доменная структура сегнетоэлектрика обусловливает нулевое значение дипольного момента его кристалла в отсутствие диэлектрика. При этом дипольные моменты отдельных доменов взаимно компенсируются, и домен в целом оказывается неполяризованным. Если поля накладываются друг на друга, то ориентация доменов частично изменяется: одни из них увеличиваются, а другие уменьшаются, из-за чего в кристалле возникает поляризация P→. На графике ниже показано, как именно поляризация зависит напряженности поля.

Рисунок 1

Мы видим, что сначала поляризация растет по кривой ОА. После достижения точки векторы поляризации всех доменов меняют ориентацию на параллельную по отношению к полю E→. На этом участке поляризация растет за счет индуцирования Pi→~E→, после чего совершается переход на прямолинейный участок AD. Продолжение этого участка до пересечения с осью Oy образует отрезок, длина которого будет зависеть от спонтанной поляризации PS. Если напряженность электрического поля при этом уменьшится, то направление снижения поляризации пойдет не по той же кривой обратно, а образует новую кривую DAB’A’D’, расположенную выше прежней. Это и есть схематическое изображение диэлектрического гистерезиса сегнетоэлектрика, представляющего собой задержку процесса смены ориентации и увеличение доменов в электрическом поле.

Выходит, что P→ не может быть однозначно определена полем E→, т.к. она сохраняет зависимость от «истории» сегнетоэлектрика. Смена поля в обратном порядке показана нижней кривой D’A’BAD, которая будет симметрична по отношению к D’A’B’AD.

Определение 2

На графике мы видим замкнутую кривую, называемую диэлектрической петлей гистерезиса.

Петли для электрической индукции могут быть получены точно таким же образом. Отложим электрическое смещение D→ по оси Oy и получим следующее:

D→=ε0E→+P→.

Отличия петли гистерезиса для индукции заключаются только в масштабе кривых P=P(E), поскольку во всех сегнетоэлектриках E≪D, значит, мы можем пренебречь первым слагаемым. Стрелки на графике указывают то направление, в котором происходит движение по кривой при смене напряженности поля. На отрезке ОС показана остаточная поляризованность (такая, которая наблюдается у сегнетоэлектрика при падении напряженности поля до нуля). На отрезке OB’ показана напряженность, противоположно направленная по отношению к поляризованности. При такой напряженности поляризация данного сегнетоэлектрика полностью исчезает. Чем длиннее отрезок ОС, тем больше остаточная поляризация; чем больше OB’, тем лучше сегнетоэлектрик удерживает остаточную поляризацию.

Как получить петлю гистерезиса на осциллографе

Если у нас есть осциллограф, то мы можем увидеть петлю гистерезиса на его экране. Для этого нам нужно соединить два конденсатора последовательно и заполнить пространство между обкладками одного из них сегнетоэлектрическим материалом. Обозначим емкость данного конденсатора как Cs. Система будет подключена к генератору переменного тока. Последовательное соединение конденсаторов дает нам одинаковые заряды на их обкладках, а также одинаковые индукции:

D0=D

Здесь показатель D0 обозначает индукцию поля в конденсаторе с обычным диэлектриком, а D — с сегнетоэлектриком. Поскольку значение диэлектрической проницаемости обычного конденсатора является постоянной величиной, то напряжение на обычном конденсаторе будет прямо пропорционально индукции.

Определение 3

Если на горизонтально отклоненные пластины осциллографа подать напряжение с конденсатора с сегнетоэлектриком, а на вертикальные – с обычного конденсатора, то мы увидим на экране петлю гистерезиса.

Нужна помощь преподавателя?

Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

Примеры существования гистерезиса в разных условиях

Пример 1

Условие: поясните, как именно можно проиллюстрировать роль доменов в поляризации сегнетоэлектрика с помощью явления гистерезиса.

Решение

Сегнетоэлектрик обладает нелинейными свойствами из-за наличия в нем доменов. Нам важно такое свойство, как нелинейная зависимость между поляризацией P→ и напряженностью внешнего поля E→:

P→=χE→ε0E→

Здесь χE→ — показатель, выражающий диэлектрическую восприимчивость, который также зависит от напряженности внешнего поля. Именно эта зависимость ведет к гистерезису в электрическом поле.

Вернемся к иллюстрации, представленной выше. Если взять небольшие поля, например, отрезок OA1, то на нем будет видно, что поляризация зависит от напряженности линейно, поскольку домены в ней еще не участвуют. На A1A также поляризация показывает быстрый рост с увеличением напряженности поля, поскольку процесс переориентации доменов вдоль внешнего поля идет постепенно. После этого мы видим линейное возрастание поляризации, уже не связанное с доменной структурой, которое происходит за счет индуцирования процесса полем. Если мы уменьшим напряжение, то от точки А первичный процесс пойдет в обратном порядке. В сегнетоэлектрике остается поляризация, значит, какое-то время он пытается сохранить прежнюю ориентацию доменов. Если же мы приложим поле с обратным направлением, то поляризация упадет до 0, а если будем продолжать повышать напряженность, то домены переполяризуются (изменят знак), после чего произойдет насыщение A’D’.

Ответ: Насыщение означает, что все домены сориентируются по полю, но в противоположном направлении.

Пример 2

Условие: на рисунке представлена схема опыта с осциллографом. Два конденсатора (один с обычным диэлектриком между обкладками, второй с сегнетоэлектриком) подключены к генератору, создающему гармонически меняющуюся разность потенциалов на обкладках. Расстояния между обкладками и их площадь одинаковы. Поясните, почему в ходе опыта можно наблюдать гистерезис.

Рисунок 2

Решение

Разность потенциалов, указанная в первоначальном условии, будет распределяться между двумя конденсаторами. Обозначим расстояние между обкладками буквой d и запишем выражения, с помощью которых выражается напряженность полей в конденсаторах:

E=σε1ε0 и ES=σsεsε0.

Здесь σ, σS – показатель поверхностной плотности распределения зарядов на обкладках, εS – диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектрика, а ε1 – проницаемость обычного диэлектрического материала.

Конденсаторы на схеме соединены последовательно, значит, заряды на их обкладках будут равными. Данные конденсаторы имеют одинаковую площадь, значит:

σ=σS.

Запишем, чему будут равны разности потенциалов между обкладками:

U=Ed=σdε1ε0 и Us=Usd=σdεSε0.

Вычислим соотношение USU:

USU=γdεSε0:γdε1ε0=ε1εS.

Если мы подадим на горизонтальную пластину осциллографа напряжение величиной U, а на вертикальную – US, то можно будет записать следующее:

tg φ=USU=ε1ε0Eεsε0E

Рисунок 3

Ответ: Следовательно, при изменениях напряженности на экране осциллографа появится кривая с абсциссой точек в определенном масштабе εSE и ординатой ε0ε1E=D. Это и будет нужная нам кривая гистерезиса.

Зачем гистерезис в компараторах | Причины задания

Выберите продукцию из спискаНормирующие преобразователи измерительные …НПСИ-ТП нормирующий преобразователь сигналов термопар и напряжения …НПСИ-237-ТП нормирующий преобразователь сигналов термопар и напряжения, IP65 . ..НПСИ-ТС нормирующий преобразователь сигналов термосопротивлений …НПСИ-237-ТС нормирующий преобразователь сигналов термосопротивлений, IP65 …НПСИ-150-ТП1 нормирующий преобразователь сигналов термопар и напряжения …НПСИ-150-ТС1 нормирующий преобразователь сигналов термометров сопротивления …НПСИ-110-ТП1 нормирующий преобразователь сигналов термопар и напряжения …НПСИ-110-ТС1 нормирующий преобразователь сигналов термометров сопротивления …НПСИ-250/500-УВ1 нормирующий преобразователь сигналов термопар, термосопротивлений и потенциометров…НПСИ-230-ПМ10 нормирующий преобразователь сигналов потенциометров …НПСИ-200-ГРТП модули гальванической развязки токовой петли…НПСИ-200-ГР1/ГР2 модули гальванической развязки токового сигнала (4…20) мА…НПСИ-200-ГР1.2 модуль разветвления 1 в 2 и гальванической развязки сигнала (4…20) мА…НПСИ-ДНТВ нормирующий преобразователь действующих значений напряжения и тока…НПСИ-ДНТН нормирующий преобразователь действующих значений напряжения и тока . ..НПСИ-200-ДН/ДТ нормирующие преобразователи действующих значений напряжения и тока…НПСИ-МС1 преобразователь мощности, напряжения, тока, коэффициента мощности…НПСИ-500-МС3 измерительный преобразователь параметров трёхфазной сети с RS-485 и USB …НПСИ-500-МС1 измерительный преобразователь параметров однофазной сети с RS-485 и USB …НПСИ-УНТ нормирующий измерительный преобразователь унифицированных сигналов с сигнализацией…НПСИ-237-УНТ нормирующий измерительный преобразователь унифицированных сигналов с сигнализацией, IP65 …НПСИ-ЧВ/ЧС нормирующие преобразователи частоты, периода, длительности сигналов, частоты сети…ПНТ-х-х нормирующий преобразователь сигналов термопар…ПСТ-х-х нормирующий преобразователь сигналов термосопротивлений…ПНТ-a-Pro нормирующий преобразователь сигналов термопар программируемый…ПCТ-a-Pro нормирующий преобразователь сигналов термосопротивлений программируемый…ПНТ-b-Pro нормирующий преобразователь сигналов термопар программируемый…ПCТ-b-Pro нормирующий преобразователь сигналов термосопротивлений программируемыйБарьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности). ..КА5003Ех барьеры искрозащиты, разветвители 1 в 2 сигналов термопар, термометров сопротивления и потенциометров, 1-канальные, USB, RS-485…КА5004Ех барьеры искрозащиты, сигналы термопар, термометров сопротивления и потенциометров, сигнализация, USB, RS-485…КА5011Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), приёмники аналогового сигнала (4…20) мА, 1-канальные, HART …КА5022Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), приёмники аналогового сигнала (4…20) мА, 2-канальные…КА5013Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), приемники-разветвители 1 в 2 аналогового сигнала (4…20) мА, 1-канальные, HART, шина питания …КА5031Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), приёмники аналогового сигнала (4…20) мА, 1-канальные, HART …КА5032Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), приёмники аналогового сигнала (4…20) мА, 2-канальные, HART …КА5131Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), передатчики аналогового сигнала (4…20) мА, 1-канальные, HART . ..КА5132Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), передатчики аналогового сигнала (4…20) мА, 2-канальные…КА5241Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), приёмники дискретных сигналов, 1-канальные…КА5242Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), приёмники дискретных сигналов, 2-канальные…КА5262Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), приёмники дискретных сигналов, 2-канальные…КА5232Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), приёмники дискретных сигналов, 2-канальные…КА5234Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), приёмники дискретных сигналов, 4-канальныеКонтроллеры, модули ввода-вывода…MDS AIO-1 Модули комбинированные ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов…MDS AIO-1/F1 Модули комбинированные функциональные ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов…MDS AIO-4 Модули комбинированные ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов…MDS AIO-4/F1 Модули комбинированные ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов, 4 ПИД регулятора. ..MDS AI-8UI Модули ввода аналоговых сигналов тока и напряжения…MDS AI-8TC Модули ввода сигналов термопар, тока и напряжения…MDS AI-8TC/I Модули ввода сигналов термопар, тока и напряжения с индивидуальной изоляцией между входами…MDS AI-3RTD Модули ввода сигналов термосопротивлений и потенциометров…MDS AO-2UI Модули вывода сигналов тока и напряжения…MDS DIO-16BD Модули ввода-вывода дискретных сигналов…MDS DIO-4/4 Модули ввода-вывода дискретных сигналов …MDS DIO-12h4/4RA Модули ввода-вывода дискретных сигналов высоковольтные…MDS DIO-8H/4RA Модули ввода-вывода дискретных сигналов высоковольтные…MDS DI-8H Модули ввода дискретных сигналов высоковольтные…MDS DO-8RС Модули вывода дискретных сигналов …MDS DO-16RA4 Модули вывода дискретных сигналов …MDS IC-USB/485 преобразователь интерфейсов USB и RS-485…MDS IC-232/485 преобразователь интерфейсов RS-232 и RS-485…I-7561 конвертер USB в RS-232/422/485…I-7510 повторитель интерфейса RS-485/RS-485…I-7520 преобразователь интерфейса RS-485/RS-232Измерители-регуляторы технологические. ..МЕТАКОН-6305 многофункциональный ПИД-регулятор с таймером выдержки…МЕТАКОН-4525 многоканальный ПИД-регулятор…МЕТАКОН-1005 измеритель технологических параметров, щитовой монтаж, RS-485…МЕТАКОН-1015 измеритель, нормирующий преобразователь, щитовой монтаж, RS-485…МЕТАКОН-1105 измеритель, позиционный регулятор, щитовой монтаж, RS-485…МЕТАКОН-1205 измеритель-регулятор, нормирующий преобразователь, контроллер, щитовой монтаж, RS-485…МЕТАКОН-1725 двухканальный измеритель-регулятор, нормирующий преобразователь, щитовой монтаж, RS-485…МЕТАКОН-1745 четырехканальный измеритель-регулятор, нормирующий преобразователь, щитовой монтаж, RS-485…МЕТАКОН-512/522/532/562 многоканальные измерители-регуляторы…Т-424 универсальный ПИД-регулятор…МЕТАКОН-515 быстродействующий универсальный ПИД-регулятор…МЕТАКОН-513/523/533 ПИД-регуляторы…МЕТАКОН-514/524/534 ПДД-регуляторы…МЕТАКОН-613 программные ПИД-регуляторы…МЕТАКОН-614 программные ПИД-регуляторы…СТ-562-М источник тока для ПМТ-2, ПМТ-4Регистраторы видеографические. ..ИНТЕГРАФ-1100 видеографический безбумажный 4/8/12/16 канальный регистратор данных …ИНТЕГРАФ-1000/1010 видеографические безбумажные 8/16 канальные регистраторы данных …ИНТЕГРАФ-3410 видеографический безбумажный регистратор-контроллер термообработки… DataBox Накопитель-архиваторСчётчики, реле времени, таймеры…ЭРКОН-1315 восьмиразрядный одноканальный счётчик импульсов, поддержка RS-485, щитовой монтаж…ЭРКОН-315 счётчик импульсов одноканальный, поддержка RS-485, щитовой монтаж…ЭРКОН-325 счетчик импульсов двухканальный, поддержка RS-485, щитовой монтаж…ЭРКОН-415 тахометр-расходомер…ЭРКОН-615 счетчик импульсов реверсивный многофункциональный, поддержка RS-485, щитовой монтаж…ЭРКОН-714 таймер астрономический…ЭРКОН-214 одноканальное реле времени, цифровая индикация, монтаж на DIN-рельс или на панель…ЭРКОН-224 двухканальное реле времени, цифровая индикация, монтаж на DIN-рельс или на панель…ЭРКОН-215 реле времени программируемое одноканальное, поддержка RS-485, щитовой монтаж, цифровая индикацияБлоки питания и коммутационные устройства. ..PSM-120-24 блок питания 24 В (5 А, 120 Вт)…PSM-72-24 блок питания 24 В (3 А, 72 Вт)…PSM-36-24 блок питания 24 В (1,5 А, 36 Вт)…PSL низковольтные DC/DC–преобразователи на DIN-рейку 3 и 10 Вт…PSM-4/3-24 многоканальный блок питания 24 В (4 канала по 0,125 А, 3 Вт)…PSM-2/3-24 блок питания 24 В (2 канала по 0,125 А, 3 Вт)…PSM/4R-36-24 блок питания и реле, 24 В (1,5 А, 36 Вт)…БП-24/12-0,5 блок питания 24В/12В (0,5А)…ФС-220 фильтр сетевой…БПР блок питания и реле…БКР блок коммутации реверсивный (пускатель бесконтактный реверсивный)…БР4 блок реле…PS3400.1 блок питания 24 В (40 А) …PS3200.1 блок питания 24 В (20 А)…PS3100.1 блок питания 24 В (10 А)…PS3050.1 блок питания 24 В (5 А)…PS1200.1 блок питания 24 В (20 А)…PS1100.1 блок питания 24 В (10 А)…PS1050.1 блок питания 24 В (5 А)Программное обеспечение…SetMaker конфигуратор……  История  версий…MDS Utility конфигуратор…RNet программное обеспечение…OPC-сервер для регулятров МЕТАКОН…OPC-сервер для MDS-модулей

Продолжаем серию статей, посвященных компараторам в измерительных приборах НПФ КонтрАвт. Ранее мы дали определение компараторам и привели основные функции компараторов.
В данной статье мы разберем для чего в компараторах вводят гистерезис.

В нашей первой статье мы упомянули, что в области порогов h и H в поведении компаратора может наблюдаться гистерезис и состояние выхода компаратора в этом случае зависит не только от соотношения измеренного сигнала и порогов, но и от предшествующей истории, т.е. от того, каким путем измеренный сигнал приближается к порогам.

                                                                              Рисунок 1. Пример функции компаратора

Для чего же вводят гистерезис в компараторы?

 

Зачем нужен гистерезис в компараторах

Причина № 1

Как правило, измеренный сигнал имеет как регулярную составляющую (постоянную или плавно меняющуюся), так и случайную, вызванную действием внешних случайных электромагнитных помех.

В отсутствие гистерезиса (или при слишком малой величине его зоны), при подходе измеренного сигнала к пороговому значению случайная компонента вызывает многократное срабатывание компаратора, что нежелательно в системе (обгорание и износ контактов пускателя, хаотические срабатывания различных устройств и проч.).

                                                    Рисунок 2. Работа компаратора без гистерезиса

 

Однако, если выбрать зону гистерезиса (H-h) чуть больше, чем размах случайных изменений измеренного сигнала, то компаратор будет срабатывать только один раз, повторных возвратов в исходное состояние не будет. Таким образом, исключаются случайные срабатывания компаратора, его состояния фиксируются более четко.

                                          Рисунок 3. Работа компаратора с оптимальной зоной гистерезиса

 

На практике с этим чаще всего сталкиваются в системах сигнализации и регулирования.

В задаче сигнализации отсутствие гистерезиса приводит к многократному срабатыванию сигнализации вблизи порога (см. рисунок 2). Если сигнализация управляет смежными устройствами и системами, то ложные и частые срабатывания будут крайне нежелательны. Кроме того, они вводят в заблуждение оператора. Наличие гистерезиса с оптимальной зоной обеспечивает однозначное срабатывание сигнализации (cм. рисунок 3).

В задачах позиционного регулирования гистерезис предотвращает частое и хаотическое переключение силового коммутационного элемента при переходе через уставку за счет шумоподобного изменения измеренного сигнала (рисунок 2). В случае больших мощностей это негативно сказывается как на электросети, так и на работе электромагнитных пускателей (обгорание контактов, износ, залипание контактов, неуправляемый нагрев, сокращение ресурса и т.п.) Наличие гистерезиса также делает переключение более четким (cм. рисунок 3).

 

Причина № 2

Существует и другая причина, по которой следует применять гистерезис в системах двухпозиционного регулирования.

Свойства системы могут быть таковы, что период срабатывания позиционного регулятора будет слишком малым. Это (так же как и влияние помех) приводит к частому срабатыванию коммутационных элементов с названными ранее последствиями.

В этих случаях специально увеличивают зону гистерезиса, чтобы увеличить период переключения. Однако, надо учитывать, что увеличение зоны гистерезиса ( > 0 + зона гистерезиса) неизбежно приводит к увеличению размаха колебаний, ухудшает точность регулирования. В таких ситуациях вопрос выбора величины зоны гистерезиса — это вопрос компромисса между точностью регулирования и повышением надежности и ресурса системы.

                  Рисунок 4. Пример увеличения периода переключения компаратора гистерезисом

 

Причина № 3

Существует ряд производственных задач, в которых введение гистерезиса в работу компаратора позволяет реализовать логику работы системы управления.

Например, в системах водоснабжениями (типа “Башня Рожновского”) точность вообще не играет ключевой роли, важно, что исполнительный механизм — насос — “не любит” частого включения/выключения.

При этом накопитель позволяет реализовать необходимое редкое включение/выключение насоса с помощью гистерезиса.

                                                Рис 5. Пример использования гистерезиса в системах с накопителем

 

Выводы:

Таким образом, введение гистерезиса в компараторах необходимо в следующих случаях:

  1. Для устранения многократного срабатывания компаратора под действием быстрых случайных помех, как следствие устранения хаотических срабатываний различных устройств в системе, увеличение ресурса коммутационных и исполнительных устройств.
  2. Преднамеренное увеличение периода переключения компаратора в задачах позиционного регулирования. Обеспечивает увеличение ресурса и надежности системы, но ухудшается точность регулирования.
  3. Для реализация различных алгоритмов работы систем автоматики.

В следующих публикациях мы подробнее разберем прочие особенности работы компараторов. Следите за обновлениями материалов!




Российские физики исследовали влияние взаимодействия между магнитными наночастицами на магнитный гистерезис

Команда исследователей из Сибирского федерального университета, Института физики имени Л. В. Киренского СО РАН и Сибирского университета науки и технологий изучила магнитный гистерезис в наногранулированных композитах.

Результаты проведённого микромагнитного моделирования, которые можно применить в электротехнике и при создании новых функциональных элементов для информационных технологий, опубликованы в Journal of Magnetism and Magnetic Materials. Исследования поддержаны Российским фондом фундаментальных исследований и Красноярским краевым фондом поддержки научной и научно-технической деятельности.

Магнитные материалы на основе наночастиц (магнитные коллоиды, наногранулированные материалы) используются в биомедицине, экологии, катализе и наноэлектронике. Сферу применения материала определяет петля магнитного гистерезиса, которая отражает особое свойство некоторых физических систем. Такие системы не сразу реагируют на приложенные силы, на их ответ влияют силы, приложенные ранее, т. е. эти системы зависят от собственной истории. Гистерезис индивидуальной магнитной наночастицы к настоящему моменту хорошо изучен. Для больших массивов частиц принимаются во внимание эффекты межчастичных взаимодействий. Одно из основных — магнитное диполь-дипольное взаимодействие. С увеличением расстояния между частицами оно убывает достаточно медленно, поэтому магнитный гистерезис будет зависеть от объёмной доли частиц.

Детальный микромагнитный расчёт этой зависимости выполнили для наночастиц, хаотически распределённых на плоскости, при этом средняя плотность частиц различалась. Также была учтена случайная ориентация осей лёгкого намагничивания частиц (это направление в ферро- или ферримагнетике, вдоль которого намагничивание образца до предельных значений происходит легче всего). Это соответствует условиям стандартных магнитометрических исследований порошков и некоторых приложений (частицы, распределённые в немагнитных матрицах). Оказалось, что диполь-дипольное взаимодействие изменяет зависимость коэрцитивной силы (напряжённость магнитного поля, необходимая для полного размагничивания образца) от объёмной концентрации частиц — от нелинейной монотонной до зависимости с максимумом. Это изменение определяется соотношением энергии магнитной анизотропии индивидуальной частицы (зависимости её магнитных свойств от выбранного направления в образце) и удельной дипольной энергии.

«Рассмотренная модель хорошо описывает наногранулированные плёнки, имеющие перспективы применения в магнитных датчиках, магнитных экранах и элементах магнитооптической памяти. Важно, что магнитные свойства плёнок зависят от соотношения магнитной и немагнитной фазы. Проведённые расчёты позволяют подобрать концентрацию частиц, оптимальную для достижения необходимого уровня магнитного гистерезиса», — рассказывает Оксана Ли, доцент кафедры физики Сибирского федерального университета.

Гранулированные плёнки с нанометровыми магнитными гранулами относятся к функциональным материалам. Их используют в радиоэлектронике, в высокочастотных устройствах микроэлектроники, вычислительной технике, при создании беспроводных сетей, где они увеличивают скорость передачи данных. Свойства гранулированных сред зависят от доли магнитных гранул: они обладают большой намагниченностью насыщения, высоким электрическим сопротивлением и исключительно широким диапазоном магнитной проницаемости.

Гистерезис для инженеров. Петля гистерезиса. Прерванные процессы на петле гистерезиса. Смена направления процесса.

Гистерезис для инженеров. Петля гистерезиса. Прерванные процессы на петле гистерезиса. Смена направления процесса.

Гистерезис по определению, это свойство систем, которые не сразу следуют приложенным силам. Реакция этих систем зависит от сил, действовавших ранее, то есть системы зависят от собственной истории.

Рисунок 1. Классическая петля гистерезиса.

По пунктам:

  • казалось бы, что любая выявленная на широком интервале, аналитическая зависимость физических величин вида Y=f(X) при премещении из точки 0(условный ноль, для удобства) в точку 1 является хорошим описанием процесса
  • но, на самом деле, некоторые процессы всегда в одну сторону идут по одной кривой, а в другую по другой ( сходясь в конечных точках) — напоминает ежедневный путь на работу и обратно верно?
  • эти явления и получили название явлений «классического гистерезиса», к основным из которых относят:
    • магнитный гистерезис
    • сегнетоэлектрический гистерезис
    • упругий гистерезис
    • многие другие
  • мы же рассмотрим и явления классического гистерезиса и огромный класс явлений, которые, на первый взгляд, являются явлениями гистерезиса, но показывают совершенно самостоятельное поведение, назовем их «инженерный гистерезис»
  • подробные описания явлений классического гистерезиса широко доступны и не являются предметом рассмотрения

Что такое «инженерный гистерезис»? В отличие от классического гистерезиса «инженерный гистерезис» обусловлен не остаточными явлениями в системе при смене направления процесса, а резким изменением свойств системы в точках начала и конца процесса (например, при срабатывании автоматики, меняющем коммутацию/геометрию/логику и др. внутри системы).

Проиллюстрируем разницу. Рисунки 2 и 3 показывают полные кривые гистерезиса для классического и инженерного гистерезисов. При движении из точки 0 в точку 1 при отличий нет. Но!

Рассмотрим вопрос о том, как ведет себя система, обладающая гистерезисом по каким-то свойствам (характеристикам) в том случае, если процесс перемещения из точки начала процесса в точку конца будет прерван где-то посередине.

Рисунок 2. Классический гистерезис. Смена направления процесса.

Рисунок 3. «Инженерный гистерезис». Смена направления процесса.

Обратите внимание! В классическом гистерезисе смена направления процесса образует новую петлю гистерезиса. В «инженерном гистерезисе» при недостижении крайних точек процесса ничего подобного не происходит. К чему это приведет?

Рисунок 4. Прерваный процесс на петле «инженерного гистерезиса».

  • Контрольный параметр Y для работы автоматики зависит от рабочего параметра Р, и на первый вид эта зависимость — гистерезис, хоть это и не так на самом деле
  • В зависимости от того, на каком из участков процесса находится рабочая точка сейчас эта зависимость носит различный характер
  • При аварии или обрыве питания, в зависимости от настроек работы системы «по умолчанию» для промежуточных точек между уровнями включения и выключения автоматики повторный запуск наверняка приведет к нештатным относительно контрольного параметра значениям рабочего параметра
  • Требуется определенное внимание инженера при перезапуске процесса к тому на каком из этапов процесса произошел сбой
  • Иногда требуются специальные решения для защиты логики системы от неверной интерпретации состояния системы
  • Проблема особенно характерна для систем с дискретным (релейным) регулированием, но не только для них
  • Данный процесс, строго говоря, вообще гистерезисом не является и употребление термина может вызывать недопонимание при общении с другими инженерами и, особенно, с инженерами-учеными
  • другое прочее
Автор: Karlitto Brigante 2009

Упругость гистерезис — Энциклопедия по машиностроению XXL

Показателями основных свойств упругих элементов являются упругая характеристика, коэффициент жесткости, коэффициент чувствительности, упругое последействие и упругий гистерезис.  [c.460]

Источником погрешностей, вносимых упругими измерительными элементами, является несовершенство упругих свойств материалов, характеризующееся упругим последействием и упругим гистерезисом.  [c.462]


Упругий гистерезис проявляется в несовпадении характеристик пружины при нагружении и при разгрузке (кривая 2 на рис. 319). Гистерезис зависит от величины напряжений, возникающих в материале при работе пружины. Поэтому для ряда чувствительных элементов величина допускаемых напряжений определяется не пределом прочности или текучести материала, а допустимой величиной гистерезиса.  [c.462]

Несовершенные свойства материалов упругих элементов вызывают упругое последействие и упругий гистерезис, которые могут быть источником погрешностей в измерительных устройствах. Упругое последействие проявляется в запаздывании деформации пружины по сравнению с изменением прилагаемой нагрузки. Гистерезис проявляется в несовпадении характеристик пружины при нагружении и снятии нагрузки. Значение гистерезиса зависит от материала и напряжений в материале пружины. Вследствие этого для ряда чувствительных элементов допускаемые напряжения определяются не пределом прочности или текучести, а допустимым значением гистерезиса.  [c.355]

Эффекты трения многообразны и включают потери от упругого гистерезиса, от дифференциального скольжения на площадках контакта, от трения тел качения в гнездах сепаратора и сепаратора о направляющие борты колец, от трения верчения, трения в самой смазке, дополнительного трения от инерционных явлений и т. п. Некоторые из этих факторов взаимосвязаны. Рост частоты вращения приводит к значительному увеличению моментов трения после определенного числа (об/мин), соответствующего минимуму момента трения для данного узла. Снижение вязкости масел при повышении температуры и давления способствует уменьшению потерь на трение.  [c.421]

Упругий гистерезис проявляется в том. что характеристики упругого элемента при увеличении и при уменьшении нагрузки не совпадают (кривые ОА и ВС).  [c.334]

Относительная погрешность от упругого последействия и упругого гистерезиса, называемая просто гистерезисом, выражается в процентах от наибольшей величины прогиба  [c.334]

Сильфон с пружиной применяется в тех случаях, когда требуется увеличить жесткость упругой системы и уменьшить влияние упругого гистерезиса сильфона при работе в заданном диапа-  [c.357]

При работе плоскоременной передачи часть энергии расходуется на упругий гистерезис при циклическом деформировании ремня (растяжение, сдвиг, изгиб) на скольжение ремня по шкивам, аэродинамическое сопротивление движению ремня и шкивов, а также трение в подшипниках валов передачи.  [c.300]


В клиноременной передаче к этим потерям добавляются потери на трение при радиальном перемещении ремня в процессе входа его в канавку и выхода из нее, а также возрастают потери на упругий гистерезис при изгибе ремня (клиновой ремень имеет большую толщину, чем плоский ремень).  [c.300]

Первый член правой части уравне-ния обусловлен поглощением (упругим гистерезисом), второй — рэлеев-ским рассеянием. В материалах с большой разнозернистостью второй член может быть пропорционален кубу и  [c.194]

При высоких температурах петля упругого гистерезиса не меняется и =0, при умеренных температурах >,>0 п принимают равным единице или двум.  [c.115]

По мере распространения ультразвуковой волны в сплошном объеме вещества происходят необратимые потери энергии, интенсивность волны падает. В жидкостях максимальные потери обусловлены внутренним трением (вязкостью), и менее — ее теплопроводностью. В газах влияние вязкости и теплопроводности одинаково. В твердых телах появляются потери энергии на упругий гистерезис и пластическую деформацию, а также рассеяние ее в пол и кристаллической структуре, зависящее от упругой анизотропии и величины зерна.  [c.21]

В экспериментах ряд конструкционных материалов переходил в состояние, когда петля гистерезиса уменьшалась до величины, сопоставимой с величиной петли упругого гистерезиса.  [c.71]

При нагружении металла в пределах, не превышающих упругой деформации, линия нагружения не совпадает с линией разгружения (рис. 14). Это несовпадение, называемое упругим гистерезисом, показывает, что работа деформации, затрачиваемая при нагружении образца, больше работы деформации, возвращающейся при его разгружении. Поэтому считают, что упругий гистерезис обусловливается некоторым запаздыванием деформации в первые периоды нагружения и разгружения (рис. 15). Для пластического гистерезиса характерно отставание напряжения от деформации (см. рис. 15). Ширина пет- Рис. И. Петли гистерезиса характеризует циклическую вяз-  [c.51]

Упругое последействие. Упругий гистерезис  [c.152]

Упругий гистерезис. Вследствие наличия упругого последействия при периодическом изменении напряжений по закону.  [c.152]

УПРУГОЕ ПОСЛЕДЕЙСТВИЕ. УПРУГИЙ ГИСТЕРЕЗИС  [c.153]

Площадь, заключенная на диаграмме а = ст (е) внутри петли гистерезиса, численно равна необратимой удельной энергии (работе), превращающейся при выполнении каждого цикла деформации в тепловую энергию. Отставание деформаций от напряжений и порождаемая им петля упругого гистерезиса связаны с так называемым внутренним трением материала. В главе XVH при рассмотрении упругих колебаний систем показано, что наличие петли гистерезиса, порожденной внутренним трением, является причиной затухания свободных колебаний и стабилизации величин амплитуд вынужденных колебаний в районе резонанса. При каждом цикле колебания происходит поглощение удельной работы, равной площади, заключенной внутри петли гистерезиса. С этой точки зрения,  [c.153]

Если напряжение, изменяясь периодически, все время остается одного знака, но в течение цикла уменьшается до нуля, то петля упругого гистерезиса имеет вид, показанный ка рис. 2.53, в. Наконец, если периодически изменяющиеся напряжения имеют максимальное значение, превышающее предел текучести, но остаются одного знака, доходя до нуля, то петля гистерезиса получается такой, как это изображено на рис. 2.53, г.  [c.155]

Петля упругого гистерезиса 163, 154, 155,  [c.826]

Характеристики цикла упругопластических деформаций можно определить по экспериментальным кривым циклического деформирования, полученным при малоцикловых испытаниях образцов из конструкционного материала в жестком или мягком режиме нагружения. Использование реальных диаграмм циклического деформирования для всего рассчитываемого диапазона чисел циклов нагружения позволяет учесть действительное поведение материала в условиях малоциклового термомеханического нагружения кинетику циклического деформирования, нелинейные эффекты при разгрузке-нагрузке в упругой области (упругий гистерезис), циклическое упрочнение, разупрочнение, стабилизацию эффект Баушингера в исходном (нулевом) полу-цикле нагружения и его изменение в процессе повторных нагружений циклическую анизотропию свойств материала.  [c.79]


Эта затрата работы служит основным источником трения качения у тел, которые одновременно легко деформируются и отличаются большим несовершенством упругости — упругим гистерезисом. К таким телам относится прежде всего ряд полимеров, как, например, резина.  [c.227]
Фиг. 2. I. Параметры петли упругого гистерезиса.
П а н о в Д. Ю. О крутильных колебаниях стержня при наличии упругого гистерезиса. Прикл. матем. и мех., т. IV, вып. I, 1940.  [c.302]

В вопросе устойчивости вращательного движения вала большое значение имеют энергетические потери, вызванные внешним и внутренним демпфированием. Причиной внутреннего демпфирования является упругий гистерезис материала. Внешнее демпфирование зависит от сопротивления, которое оказывает окружающая среда колебательному движению вала. В целях упрощения задачи предполагаем линейную зависимость силы торможения от скорости. Мы вводим такое предположение потому, что оно в качественном и количественном отношении часто соответствует потребности практики. tf  [c.27]

Другое направление учитывает роль пластических деформаций в механизме демпфирования энергии при колебаниях. Отметим здесь две гипотезы. Это прежде всего гипотеза упругого гистерезиса, предложенная Н. Н. Давиденковым зависимость напряжения от деформации при повторном нагружении является степенной функцией, определяемой амплитудой деформации, а не скоростью. Гипотеза Н, Н. Давиденкова нашла многих сторонников, она получила подтверждение опытными данными для многих конструкционных материалов. Упомянем также комплексное представление Е. С. Сорокина для связи между напряжением и деформацией при циклическом нагружении, когда неупругая циклическая деформация отстает по фазе от упругой на 90°. Для петли гистерезиса гипотеза Е. С. Сорокина дает эллиптическую зависимость, что удобно при расчетах.  [c.6]

Применение кольцевых пружин, напротив, противопоказано в случаях, когда пружина должна работать как аккумулятор, накапливающий энергию в цикле нагружения и отдающий ее в цикле разгружения (наиболее частый случай работы пружины). Здесь все преимущества на стороне обычных спиральных пружин, обладающих малым упругим гистерезисом и энергетически представляющих собой аккумулятор с почти стопроцентным коэффициентом полезного действия. Кольцевые пружины применяют преимущественно как пружины сжатия. При помощи реверсора (см. рис. 374) их можно применить также для восприятия растягивающих усилий.  [c.202]

Управление рулевое — см. Рулевое управление Упругие муфты — см. Муфты, упругие Упругие системы — см. Системы упругие Упругие тела — Вариационное уравнение Лагранжа 1 (2-я)—189 Упругие элементы — Ломаные характеристики 1 (2-я) — 127 Упругий гистерезис 1 (2-я)—169 Упруго-пластическое равновесие — Задачи 1 (2-я)— 193 Упругое полупространство 1 (2-я) — 359 Упругость — Модуль 3—21, 23, 51, 219 Уравнение поверхности 1 (1-я) — 216  [c.316]

Процессы расклинивания роликовых механизмов сопровождаются падением нагрузки до нуля (Мд = 0) при этом освобождается часть потенциальной энергии деформации механизма (часть ее составляет работу упругого гистерезиса), звездочка отстает в движении от наружной обоймы и поворачивается от нее по часовой стрелке (рис. 53, а). В зависимости от того, как расходуется освободившаяся энергия, процесс расклинивания можно подразделить на две фазы статическую, когда освободившаяся энергия тратится только на работу трения качения и динамическую, когда энергия расходуется и на преодоление сил инерции механизма. При исследовании процессов расклинивания предполагаем, что погрешности изготовления, износ и упругие деформации не влияют  [c.70]

Клин расклинивается вследствие падения нагрузки до нуля Mq = 0), при этом освобождается часть потенциальной энергии деформации механизма (часть ее составляет работу упругого гистерезиса) и звездочка отстает в движении от наружной обоймы и как бы поворачивается от нее по часовой стрелке (рис. 96). Если считать, что вся освободившаяся энергия деформации тратится на работу трения при расклинивании и клин находится в предельном зацепленном состоянии, то уравнения равновесия клина запишем в таком виде  [c.161]

Повышенные температуры наблюдаются не только в тепловых машинах, у которых нагрев является следствием рабочих процессов. В холодных машинах нагреваются механизмы, работающие при высоких скоростях и больших нагрузках (зубчатые передачи, подшипники, кулачковые механизмы и т. д.). Детали, подверженные циклическим нагрузкам, греются в результате упругого гистерезиса при многократно повторных циклах нагружения-разгруженпя. Повышение температуры сопровождается изменением линейных размеров деталей и может вызвать высокие Напряжения.  [c.360]

Потенциальная анергия упругодеформированного тела. Упругий гистерезис  [c.161]

Остаточные деформации, медленно спадающие со временем, играют существенную роль при быстро повторяющихся деформациях тела. Они приводят к тому, что при обратном ходе процесса деформации, т. е. когда деформация начинает исчезать, тем же самым значениям относительной деформации соответствуют меньшие напряжения. Так, если при растялсении стержня в нем возникают напряжения а, то при прекращении действия силы напряжения в стержне исчезают до того, как исчезнет остаточная деформация, т, е. при о = 0 стержень имеет остаточную деформацию Во (рис. 1.Э0). Если сразу же затем стержень сжимать, то остаточная деформация Во исчезнет только тогда, когда напряжения в нем достигнут некоторого значения — Оо. Это явление названо упругим гистерезисом.  [c.162]


При снятии характеристики упругогоэлемента на практике всегда имеет место упругое последействие н упругий гистерезис.  [c.334]

Д. Тейбор [243], изучая явления, происходящие при качении, утверждал, что главная роль в образовании сил сопротивления качению и возникновению проскальзывания принадлежит упругому гистерезису внутри материала. При качении поверхность контакта состоит из участков сцепления и скольжения, о проскальзывание может вызывать износ и при чистом качении. Если же кроме этого возникает также и кинематическое проскальзывание, то оно оказывает решающую роль в возникновении износа [161 ].  [c.247]

До сих нор мы рассматривали трение, в том числе трение качения, как результат действия сил мея ду поверхностями, либо сонрикасаюш,имися непосредственно, либо разделенными смазочной прослойкой. В последнем случае трение определяется явлениями течения, происходящими внутри этой прослойки. Как показал Табор, при трении качения играют роль также и те деформации обоих тел, которые наступают под влиянием внешней нагрузки в области вблизи участка контакта. При качении вследствие перемещения участка контакта непрерывно идут два процесса деформирование новых и новых областей обоих тел и спад и исчезновение деформации областей, деформированных ранее. При неидеальной упругости, характерной для реальных тел, работа, затрачиваемая на деформацию любого участка каждого тела, не возвращается полностью при уничтоя ении деформации (упругий гистерезис). Таким образом, при качении должна непрерывно тратиться, переходя в тепло, работа на упругое деформирование.  [c.227]

Ч и п и ж е н к о А. И. Зависимость выносливости л упругого гистерезиса берил лиевой бронзы от содержания бериллия. В сб. Перспективы развития упругих чувствительных элементов . М.. ЦИНИТИ приборэлектропром, 1961.  [c.293]

Процесс динамического старения закаленной и низкоотпущен-ной стали заключается в нагружении до напряжений, вызывающих возникновение небольшой остаточной деформации и отпуска при повышенной температуре в условиях постоянной общей деформации или напряжения. В процессе отпуска под напряжением происходит релаксация локализованных внутренних микронапряжений или при ускоренном распаде мартенсита. Возникающая в процессе нагружения и развивающаяся во время отпуска малая пластическая деформация приводит к изменению исходной субструктуры,. которая, возможно, становится полигонизованной и закрепляется выделяющимися на дефектах дисперсными частицами карбидов. Этот метод динамичед ого старения был опробован на упругих чувствительных элементах из стали 50ХФА для прецизионных манометров. После закалки к отпуска при 150° С упругие элементы разжимали до появления остаточной деформации, а затем подвергали отпуску под нагрузкой в специальном приспособлении. В результате динамического старения возрастает. предел упругости и в 2,5 раза уменьшается упругий гистерезис, что повышает точность и долговечность приборов [65].  [c.39]


Определение гистерезиса по Merriam-Webster

гистер · э · сис | \ ˌHi-stə-ˈrē-səs \ множественные гистерезисы \ ˌHi- stə- ˈrē- ˌsēz \ физика : — замедление эффекта при изменении сил, действующих на тело (как если бы из-за вязкости или внутреннего трения). все манометры должны быть проверены на гистерезис, а также на чувствительность и собственную частоту — H.Д. Грин особенно : — отставание значений результирующей намагниченности в магнитном материале (например, в железе) из-за изменения силы намагничивания.

Что такое гистерезис? — Определение и цикл — Видео и стенограмма урока

Типы гистерезиса

Системы с гистерезисом делятся на две категории:

  • Системы с гистерезисом, зависящим от скорости имеют память последних входов, которая исчезает со временем — если вход перестает изменяться и мы ждем достаточно долго, выход в конечном итоге достигнет того же значения для этого конкретного входа.
  • Системы с гистерезисом, не зависящим от скорости. сохраняют постоянную память определенных входных шаблонов, и даже значение устойчивого состояния выхода зависит от характера истории входа.

Блок переменного тока демонстрирует гистерезис, не зависящий от скорости — в любой момент времени заданное значение может быть 77 или 79 градусов, поэтому, если температура составляет 78 градусов, и вы делаете что-то «внешнее», чтобы сохранить это так, например, откройте окно , или включите нагреватель, выключенное / включенное состояние устройства (которое зависит от того, в каком направлении двигалась температура до того, как мы зафиксировали ее на уровне 78 градусов), никогда не изменится.

Если мы описываем нашу систему уравнением y = F ( x ), где x — это вход, y — выход, а F — «система», мы можем сказать, что система со скоростью -зависимый гистерезис имеет F, который использует как текущие, так и недавние значения x , тогда как система с независимым от скорости гистерезисом имеет F, который фактически изменяется в ответ на некоторые входные шаблоны.

Полный класс систем с гистерезисом (зависящий от скорости и независимый от скорости) очень широк.Часто анализ систем, зависящих от скорости, вообще не требует концепции гистерезиса, и некоторые авторы определяют гистерезис только как гистерезис, не зависящий от скорости.

Магнитный гистерезис

Один из наиболее часто встречающихся примеров гистерезиса возникает в системах, включающих магнитные поля: например, трансформаторы, используемые в электрическом оборудовании и распределительных сетях. В таких системах катушка с токоведущим проводом используется для создания магнитного поля, и прохождение этого поля через железный сердечник значительно снижает ток, необходимый для данной напряженности поля.Однако утюг также вносит в систему гистерезис.

Iron облегчает создание магнитного поля, потому что оно ведет себя так, как будто оно содержит большое количество маленьких магнитов, которые могут свободно вращаться: они называются доменами. В ответ на поле катушки некоторые домены выравниваются и увеличивают общее поле. Небольшие токи вращают только несколько доменов, и если мы уберем ток, они быстро расстанутся. В этом диапазоне работы поле линейно пропорционально току, и мы не наблюдаем гистерезиса.

На более высоких уровнях тока, однако, домены начинают усиливать друг друга и останутся выровненными, если мы уменьшим или даже полностью удалим ток. Магнитное поле все еще уменьшается с уменьшением тока, но не так быстро, как оно увеличивалось. Отклик поля по отношению к току начинает показывать гистерезис. Мы говорим, что сердечник намагничен. Он сохраняет эту намагниченность постоянно, если мы не нагреем ее до высокой температуры или не подадим ток в противоположном направлении, чтобы вынудить домены не выровняться.Постоянство этого эффекта лежит в основе магнитных хранилищ данных: например, кассет и дисководов компьютеров.

В большинстве силовых приложений мы прикладываем переменный ток к катушке, поэтому сердечник намагничивается сначала в одном направлении, а затем в другом. Новый сердечник запускается без поля, но в установившемся режиме зависимость поля от тока показывает петлю гистерезиса . Область внутри этого контура может использоваться для характеристики потерь мощности, эта часть входной мощности нагревает сердечник, а не достигает выхода системы.

Сводка урока

Гистерезис возникает, когда выход системы зависит от исторических входных значений, а также от текущего входного значения. Системы с гистерезисом можно разделить на , зависящие от скорости, (где система в конечном итоге «забывает» прошлые вводы) или , не зависящие от скорости (где система постоянно сохраняет эту память). В некоторой литературе определение ограничивается классом, не зависящим от скорости. Магнитные устройства часто показывают гистерезис, который возникает из-за железного сердечника, используемого в системе; в этих системах мы можем использовать петлю гистерезиса для количественной оценки влияния гистерезиса на систему.

Гистерезис — обзор | Темы ScienceDirect

Причины гистерезиса

Гистерезис в соотношении «содержание воды — матричный потенциал» объясняется: (1) эффектом «чернильной бутылки», (2) эффектом краевого угла, (3) захватом воздуха и (4) деформация твердой фазы.

Эффект бутылки с чернилами, вероятно, является наиболее важной причиной возникновения гистерезиса и будет объяснен с помощью уравнения Юнга и Лапласа (уравнение [6]). Представьте себе почвенную пору сферической формы с двумя узкими местами на противоположных концах поры.Радиус самого широкого участка поры составляет r w (> 0), тогда как радиусы узких мест, самых маленьких частей поры, составляют r s (> 0). Одно узкое место связано с массой свободной воды, в которой можно изменять давление. Пора достаточно мала, так что сила тяжести не играет роли в дренаже или впитывании поровой воды. Начиная с полностью насыщенной поры, давление воды в массе свободной воды медленно снижается, и, следовательно, в воде в поре от нуля до некоторого отрицательного значения.Давление в воде, при котором пора будет стекать, определяется следующим образом:

[11] Pl, d = ΔP = −2σcosβdrs

, где R в уравнении [6] заменено на r s / cosβ d и β d — угол контакта между водой и твердой фазой во время дренажа. Как только будет достигнуто давление, выраженное уравнением [11], поры резко и полностью дренируются. Когда давление в воде затем медленно увеличивается, то есть от некоторого отрицательного значения в направлении нуля, часть поры будет медленно заполняться.Пора внезапно полностью заполнится, когда давление в воде увеличится до:

[12] Pl, w = ΔP = −2σcosβwrw

где R теперь заменено на r w / cosβ w и β w — угол смачивания при смачивании. Если предположить, что краевые углы во время смачивания и высыхания не слишком сильно различаются, из уравнений [11] и [12] следует, что давление, при котором поры стекают, более отрицательное, чем давление, при котором она заполняется.Усреднение этого процесса по ряду пор, то есть переход от микроскопического к макроскопическому уровню, приводит к точкам данных, которые показывают, что при одинаковом содержании воды матричный потенциал будет более отрицательным во время дренажа, чем во время смачивания.

Было показано, что краевой угол между водой и твердой фазой больше во время впитывания воды, чем во время дренажа, то есть β w > β d . Согласно уравнениям [11] и [12], это делает давление во время слива более отрицательным, чем во время смачивания при том же содержании воды, что усиливает эффект бутылки с чернилами.

Необходимо приложить значительные усилия, чтобы полностью пропитать образец почвы. Этого можно достичь, сначала промывая образец CO 2 , который легко растворяется в воде, или насыщая образец под вакуумом. Таким образом может быть установлен IDC (рисунок 2). Однако при повторном увлажнении почвы воздух не всегда может выйти и застревает. Это приводит к тому, что во время смачивания содержание воды меньше, чем во время сушки при том же значении матричного потенциала (тот же радиус кривизны на границе раздела воздух-вода).Из-за захваченного воздуха содержание влаги в почве при нулевом значении матричного потенциала часто примерно в 0,85 раза превышает значение полного насыщения. В этом отношении иногда используется термин «содержание насыщенной воды»; и термин «кажущееся насыщение» используется для учета гистерезиса, который возникает из-за захваченного воздуха или других несмачивающих жидкостей.

Наконец, явления набухания, усадки и старения могут привести к изменению структуры почвы во время увлажнения и высыхания. Однако можно возразить, что причины гистерезиса следует строго объяснять, предполагая, что пористая среда является жесткой.Изменения в структуре почвы, очевидно, изменяют кривую влагоудержания, что демонстрируется при использовании растворов различного состава и концентрации.

Что такое гистерезис?

Определение гистерезиса

Согласно Merriam-Webster, гистерезис — это «отставание физического воздействия на тело от его причины (например, от измененных сил и условий)». Когда на объект действуют внешние силы, этот объект либо немедленно возвращается в исходное состояние, либо, что более вероятно, каким-то образом изменяет или проявляет свойства от предыдущих деформаций.

Представьте себе, что вы открываете скрепку и открываете ее. Если вы согнете его достаточно далеко, он, вероятно, не вернется к своей первоначальной форме. Благодаря материалу, из которого она сделана, скрепка сохраняет свою новую форму; форма скрепки зависит от ее истории.

Гистерезис при измерении давления

Многие датчики давления имеют диафрагму, которая отклоняется при приложении к ней давления. Диафрагмы внутри преобразователей переменной емкости изгибаются по направлению к неподвижному электроду или от него.Изменение расстояния между диафрагмой и электродом также изменяет емкость преобразователя, преобразуя это значение в электрический сигнал.

На рисунке справа изображена петля гистерезиса. Когда на датчик подается давление, он выдает электрический сигнал. Когда давление больше не применяется, диафрагма не сразу возвращается в исходное положение и задерживается, прежде чем вернуться в исходное положение.

SETRA BLOG: 3 упущенных конструктивных соображения при выборе датчика давления.

Целостность этой диафрагмы имеет решающее значение для точности датчика. Гистерезис зависит от материала объекта; Если диафрагма изготовлена ​​из некачественных материалов, ее точность со временем может резко измениться.

Большинство приложений для тестирования и измерения требуют высокоточных датчиков давления для правильной и безопасной работы. Мембраны в датчиках для этих применений изготавливаются из нержавеющей стали и часто подвергаются термообработке для сохранения прочности и структурной целостности.

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, чтобы узнать, почему из нержавеющей стали сделаны ваши датчики.

определение гистерезиса по The Free Dictionary

.

гис · тер · э · сис

(хĭс’то-ре’сĭс) н. пл. hys · ter · e · ses (-sēz)

Отставание эффекта от его причины, например, когда изменение магнетизма тела отстает от изменений магнитного поля.


[греч. Husterēsis, недостаток , от густерайн, до конца , от густерос, конец ; см. уд- в индоевропейских корнях.]

hys′ter · et′ic (-rĕt′ĭk) прил.

Словарь английского языка American Heritage®, пятое издание. Авторские права © 2016 Издательская компания Houghton Mifflin Harcourt. Опубликовано Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Все права защищены.

гистерезис

(ˌhɪstəˈriːsɪs) n

(общая физика) физика запаздывание в переменном свойстве системы по отношению к эффекту, вызывающему его, поскольку этот эффект изменяется, особенно явление, при котором плотность магнитного потока ферромагнитный материал отстает от изменяющейся напряженности внешнего магнитного поля.

[C19: от греческого husterēsis приходит с опозданием, от husteros идет после]

hysteretic adj

hysteretically adv

Collins English Словарь — полный и несокращенный, 12-е издание, 2014 г. © HarperCollins Publishers 1991, 1994, 1998, 2000, 2003, 2006, 2007, 2009, 2011, 2014

hys • ter • e • sis

(ˌhɪs təˈri sɪs)

n.

запаздывание реакции тела на изменение сил, особенно. магнитные силы, действующие на него.

[1795–1805; hystérēsis дефицит, состояние отсталости или опоздания = hysterē-, вариант s. из гистерейн с опозданием, отставание, v. производное от гистерос отставание + -sis -sis]

истер • этик (-ˈrɛt ɪk) прил.

Random House Словарь колледжа Кернермана Вебстера, © 2010 K Dictionaries Ltd.Авторские права 2005, 1997, 1991, Random House, Inc. Все права защищены.

ТезаурусАнтонимыСвязанные словаСинонимы Обозначения:

Существительное 1. гистерезис — отставание следствия от его причины; особенно явление, при котором магнитная индукция ферромагнитного материала отстает от физического явления изменяющегося магнитного поля — естественного явления, включающего физические свойства материи и энергии

На основе WordNet 3.0, коллекция клипартов Farlex. © 2003-2012 Принстонский университет, Farlex Inc.

Переводы

hystereesi

holdni segulheldni

isterisi

히스테리시스

Незначительные паттерны гистерезиса с закругленным / заостренным реверсивным поведением в ферромагнитных многослойных

Необычные второстепенные петли гистерезиса

Большая петля и две характерные второстепенные петли, измеренные с различным реверсивным полем ( H r ) с фиксированной скоростью развертки 12.5 Э / с, полученные с помощью анализа площади магнитных доменов, показаны на рис. 1. Эффективная скорость развертки определяется с учетом шага поля 2,5 Э и времени задержки 0,2 с на каждый шаг. Чтобы измерить основную петлю, приложенное поле изменялось между +250 Э и -250 Э, при этом было проверено, что максимальное приложенное поле достаточно сильное для насыщения пленки при этой скорости развертки, не оставляя никаких необратимых микроскопических магнитных доменов в поле Посмотреть. Подтверждение отсутствия необратимых магнитных доменов должно быть тщательно изучено, чтобы исключить возможность уже существующего доменного эффекта 6,19,20 .Второстепенные петли были определены путем нарастания приложенного поля от положительного максимального поля (+250 Э) до отрицательного H r , а затем, изменив значение поля на положительный максимум. Измерение одного второстепенного контура при такой скорости развертки заняло около 50 с. Все петли контролировались на площади наблюдения 2,56 × 1,92 мм 2 . Второстепенные петли показывают уменьшение M при увеличении H сразу после изменения направления поля на H r , как показано на рисунке для двух корпусов H r = -45 и -50 Э.Затем уменьшение M замедляется до тех пор, пока M не достигнет области плато, пока не вернется к положительному насыщению, образуя «необычный» округленный гистерезисный отклик, как ранее наблюдалось Cheng et al . 5 . Величина перемагничивания до и после H r определяется как ΔM до = M S M (В r ) ) (между точками A и B) и ΔM после = М (H r ) — M плато (между точками B и C), как и в случае H r = −50 Э на рис.1. В предыдущей работе сообщалось о округленном ответе, связанном с ΔM после 5 , в то время как настоящее исследование всесторонне исследует весь регион вокруг H r с учетом обоих ΔM после и ΔM до . В большинстве случаев соотношение ΔM после / ΔM до мал, так что округленный отклик гистерезиса становится практически незначительным, что может быть причиной того, что поведение округленного отклика широко рассматривается как «необычное».В настоящем исследовании наблюдается, что округленный ответ четко проявляется как отношение ΔM после / ΔM до существенно меняется с изменением реверсивного поля. Например, ΔM после / ΔM до ~ 9 . 3 для корпуса H r = -50 Э, что значительно по сравнению с любыми зарегистрированными случаями в диапазоне от ~ 0.3 5 до ~ 3 11 на данный момент. Отметим, что есть одно интересное отличие для корпуса H r = -45 Э. На рис.1 видно, что уменьшение M в основном происходит, когда H увеличивается сразу после H r , и . г ., ΔM после / ΔM до становится чрезвычайно большим, образуя очень острый угол при зарождении, в отличие от любых других малых петель, о которых сообщалось до сих пор.

Рисунок 1

Незначительные петли. Основная петля гистерезиса и две характерные второстепенные петли с разными H r (-45 и -50 Э), но та же скорость развертки 12,5 Э / с. Острый угол ( A ) и области с закругленным откликом (A-B-C) отмечены стрелками. ΔM до и ΔM после обозначены для корпуса H r = -50 э.

Зависимость реверсивного поля

Мы исследовали отклик округленного гистерезиса с систематическим изменением H r . На рис. 2 показана большая петля (рис. 2 (а)) и несколько второстепенных петель (рис. 2 (б – ж)) с разными H r в диапазоне от -47,5 до -37,5 Э с фиксированной скоростью развертки 2,5 Э / с. Все второстепенные петли были измерены с максимальным приложенным полем 250 Э.Измерение одного второстепенного контура занимало от 40 до 1200 с в зависимости от скорости развертки. С H r слабее -47,5 Э (рис. 2 (в – ж)), M продолжает уменьшаться даже при увеличении на H с H r с «необычным» округлым гистерезисом 3 . ΔM после относительно небольшой при H r = −45 Э (рис.2 (c)), но становится больше для H r = -42,5 Э (рис.2 (г)). С H r = -37,5 Э (рис.2 (е)), ΔM до настолько мал, что можно наблюдать только ΔM после в пределах погрешности измерения, в результате получается очень острый угол около H r .Обратите внимание, что острый угол также наблюдался для другого H r (-45 Э) на рис. 1 с другой скоростью развертки (12,5 Э / с), подразумевая систематическое исследование с изменением скорости развертки.

Рисунок 2

Эффект изменения реверсивного поля. ( a ) Большая петля и несколько второстепенных петель с вариацией H r будет ( b ) −47.5, ( c ) -45, ( d ) -42,5, ( e ) -40 и ( f ) -37,5 Э при той же скорости развертки 2,5 Э / с. ( г ) ΔM после , ΔM до и ΔM после / ΔM до относительно H r при скорости развертки 2.5 э / с.

Интересно отметить, что «необычное» округлое поведение становится более доминирующим по отношению к увеличению H r , как на рис. 2 (г), где ΔM до , ΔM после и ΔM после / ΔM до нанесены с вариацией H r .Отчетливо видно, что отношение ΔM после / ΔM до демонстрирует монотонный рост по сравнению с H r . ΔM до показывает монотонное уменьшение, а ΔM после не монотонный, но показывает максимум на H r = -42 Э.Таким образом, ожидается, что монотонный рост ΔM после / ΔM до в основном определяется монотонным уменьшением ΔM до .

Для получения дополнительной информации мы построили графики H и M в сравнении с t , как в дополнительном примечании 1, где наблюдается, что перемагничивание происходит в основном до H r для корпуса H r ≤ −7.5 э. В ферромагнитной системе обычно наблюдается, что зарождение на убывающей ветви начинается до H r , как показано на дополнительном рисунке 1 (а) для главного контура. Это поведение широко наблюдается в других экспериментальных результатах даже для второстепенных петель 5,6,7,11 . Следует отметить, что возможно также отложенное зародышеобразование на возрастающей ветви H > H r , как показано на дополнительном рисунке 1 (f), где ожидается, что перемагничивание в основном происходит после H r , что приводит к чрезвычайно большому ΔM после / ΔM до и, таким образом, неожиданно образует острый угол.Мы считаем, что новое свойство малого гистерезисного отклика с острым углом может дать возможность исследовать дополнительные характеристики магнитных устройств, работающих по второстепенным контурам.

Зависимость скорости развертки

Мы также исследовали зависимость скорости развертки округленного отклика второстепенных контуров. Во-первых, скорость развертки варьировалась от 0,5 до 5 Э / с, сохраняя прежнюю H r = −40 Э, как на рис.3 (а). Затем для сравнения скорости развертки также варьировались от 1 до 15 Э / с с H r = -45 Э, как на рис. 3 (б). На рис. 3 (а) при скорости развертки 0,5 э / с второстепенная петля имеет форму, почти аналогичную основной петле. Если скорость развертки больше 1 Э / с, наблюдается, что площадь петли гистерезиса становится меньше, и петли имеют тенденцию двигаться вверх. Ширина второстепенных контуров увеличивается в зависимости от скорости развертки, что ясно видно при относительном сравнении с пунктирной линией на рисунке.Увеличение ширины петли также часто наблюдается в случае основной петли, известной как закон Стейнмеца 21,22,23,24,25 , который возникает из-за запаздывания реакции ферромагнитной системы на циклические поля. Мы подтвердили прямым наблюдением домена, что существует подобный эффект замедленного процесса зародышеобразования даже в ответах второстепенных петель, что объясняет увеличение ширины второстепенных петель.

Рисунок 3

Общий вид поведения второстепенного контура.Второстепенные петли с изменением скорости развертки ( a ) под фиксированную H r = −40 Э и ( b ) −45 Э. Зависимость скорости развертки ΔM после (незакрашенный квадрат), ΔM перед (белый кружок) и ΔM после / ΔM до (сплошной треугольник) при ( c ) H r = −40 Э и ( d ) −45 Э.

Округленное поведение становится более доминирующим, то есть отношение ΔM после / ΔM до увеличивается относительно скорости развертки, как показано на рис. 3 (c, d), где ΔM до , ΔM после и ΔM после / ΔM до построены с изменением скорости развертки.Отчетливо видно, что отношение ΔM после / ΔM до монотонно увеличивается относительно скорости развертки для обоих случаев H r = -40 Э (рис. 3 (в)) и -45 Э (рис. 3 (г)), как и в случае H r на рис. 2 (ж). В случае рис. 3 (c), ΔM до показывает монотонное уменьшение, а ΔM после не является монотонным, но показывает максимум при 2 Э / с, что снова объясняется частичным реверсированием в случае более высоких скоростей развертки.Аналогичная тенденция наблюдается и на рис. 3 (г).

В случае H r = -40 Э, для скоростей развертки более 4 Э / с, зародышеобразование начинается после H r , так что острый угол при зародышеобразовании снова четко просматривается. Такая же тенденция подтверждается для корпуса H r . = -45 Э, где требуется более высокая скорость развертки, чтобы иметь такую ​​же тенденцию поведения второстепенного контура, как на рис.3 (б). Наблюдаемые гистерезисные отклики явно связаны с отложенным откликом системы, что можно объяснить на основе результатов наблюдения за областью в следующей части.

Мы дополнительно исследовали зависящие от времени H и M при различных скоростях развертки (0,5–5 Э / с), как показано в дополнительном примечании 2, где отклик с относительно разными задержками через динамику микроскопической области при низкой или высокой скорости развертки обнаружено, что он показывает округленный ответ второстепенного контура.

Наблюдения за доменами

Чтобы понять наблюдаемый округлый отклик и острые углы малых петель гистерезиса, мы систематически анализировали микроскопические доменные структуры во время перемагничивания.Доменные структуры вместе с двумя малыми петлями для одной и той же области наблюдения проиллюстрированы на рис. 4 для разных скоростей развертки 2 Э / с (рис. 4 (a)) и 5 ​​Э / с (рис. 4 (b)) с то же H r = -40 Э. Два случая выбраны, чтобы представить два необычных поведения: округлый ответ (рис. 4 (а)) и острый угол при зародышеобразовании (рис. 4 (б)).

Рисунок 4

Второстепенная петля и магнитные домены. Второстепенные петли с H r = -40 Э для различной скорости развертки ( a ) 2 Э / с и ( b ) 5 Э / с.Проиллюстрированы соответствующие магнитные домены для разных точек на малых петлях от A-F. Масштабные линейки представлены на рисунке.

На рис. 4 (a) представлены структуры доменов в углу зарождения (A), в реверсивном поле (B) и на плато (C). При зарождении (A) наблюдается зарождение трех крошечных черных доменов при -35 Э, за которым следуют еще два зарождения и последующее расширение доменной стенки, что приводит к уменьшению M с A до B. После Высота r , домены продолжают расширяться при увеличении H до -25 Oe (точка C), что приводит к уменьшению на M , как в соответствующей второстепенной петле на рисунке.Аналогичным образом, все округлые ответы, наблюдаемые в настоящем исследовании, объясняются продолжающимся расширением стенки и большим количеством зародышей.

На рис. 4 (б), когда H уменьшается до H r = -40 Oe (D), можно увидеть несколько зародившихся доменов в зоне наблюдения, где поле зарождения ( H N ) легко определяется как H r .После достижения H r , H увеличивается до H макс. , однако, зародышевые домены продолжают расширяться (E) до тех пор, пока H не достигнет области плато при H = -25 Oe (F), что приведет к уменьшению M по сравнению с ΔM . после при увеличении H , окончательно образуя острый угол соответствующей второстепенной петли.

Из наблюдений мы подтвердили, что расширение домена и новые зародышеобразования продолжаются даже при увеличении H с H r , эффективно генерируя отклик с задержкой, который измеряется как округленный ответ второстепенного контура. Также замечено, что H N чувствительно зависит от скорости развертки поля и даже может быть настроен так, чтобы быть равным H r , на котором в петле сформирован острый угол зародышеобразования.

Мы также измерили зависящее от времени перемагничивание образца при различных полях приложения, результаты которых представлены в дополнительном примечании. 3. Мы обнаружили, что для релаксации поведение под разными полями попадает в универсальную кривую, причем время обращения нормировано на время полуобращения. S-образная форма кривой релаксации означает, что инверсия в основном опосредуется распространением доменной стенки, а не зарождением доменов.

Поле нуклеации

Мы также исследовали H N поведение в зависимости от скорости развертки.На рис. 5 (а) изображены три основных контура при различных скоростях развертки от 0,5 до 62,5 э / с с максимальным приложенным полем 250 Э. С увеличением скорости развертки можно ясно увидеть увеличение \ (| {H} _ {N} | \), а также коэрцитивности и площади петли, как и ожидалось из закона Штейнмеца 21,22,23,24,25 . Следует отметить, что H N , измеренное для основного контура при определенной скорости развертки, будет таким же, как H N малых контуров с одинаковой скоростью развертки, поскольку все второстепенные контуры были измерены одним и тем же положительным максимальным полем (+250 Э).

Рис. 5

Большая петля и зародышеобразование, зависящие от скорости развертки. ( a ) Основные петли, измеренные при различных скоростях развертки от 0,5 до 62,5 Э / с. ( b ) Поле зарождения как функция скорости развертки (незакрашенный квадрат). Пунктирная линия соответствует формуле. (1). На вставке тот же график в логарифмическом масштабе.

Настоящая микроскопия H N , при котором домены начинают зарождаться, нелегко определить экспериментально из-за ограниченного пространственного разрешения.{\ eta}, $$

(1)

где H N0 , К Н и η — статическое поле зародышеобразования, масштабный коэффициент для нуклеации и масштабный показатель для нуклеации, соответственно 21,25 Наилучшее совпадение, которое также показано на вставке, обеспечивает | H N0 | = 19.2 ± 1,8 Э, К Н = 15,6 ± 1,9 и η = 0,24 ± 0,02. К Н и η представляют собой общее поведение зародышеобразования, связанное с конфигурацией микроскопических доменов во время циклирования поля. По сравнению с многослойным Co / Pt ( K N ~ 35 и η = 0,5), многослойный CoFeB / Pd в настоящем исследовании показывает относительно более низкое значение K N , подразумевая более упрощенную (или сложную) конфигурацию домена.Различное значение η также означает, что здесь процесс зародышеобразования может иметь иную универсальность. Дальнейшее обсуждение K N и η не представляют большого интереса в этой работе. Скорее, мы сосредоточимся на статическом поле нуклеации H N0 , начиная с H N0 Предполагается, что не зависит от скорости развертки, которая может использоваться в качестве полезного параметра для объяснения наблюдаемого поведения второстепенного контура.

Скорость доменной стенки

Мы также проанализировали скорость доменной стенки (ДГ). Для измерения скорости ДГ в различных магнитных полях мы применили методику, аналогичную описанной в [4]. 26,27,28,29 . Пленка сначала была насыщена положительно, затем небольшое отрицательное поле около H C применялся для создания небольшой области в поле зрения. Затем применяется внешнее отрицательное поле, которое заставляет DW расширяться.Изображения доменов были записаны и вычтены друг из друга, чтобы определить расстояние, пройденное ДГ в каждый временной интервал (0,2 с), на основании которого рассчитывалась скорость ДГ. Приложенное поле, при котором измерялась скорость DW, варьируется от -50 до -10 э, охватывая диапазон H N . и H r во всех случаях, рассмотренных выше. Определенная скорость DW представлена ​​на дополнительном рисунке 3 (а).Замечено, что DW все еще медленно движется при H = -10 Oe. Таким образом, H депин по оценкам слабее -10 э. Следует отметить, что поле депиннинга намного слабее статического поля нуклеации ( H N0 = -19,2 ± 1,8 Э). Следовательно, ожидается, что движение DW будет продолжаться даже в том случае, когда H увеличивается с H r , что в конечном итоге приводит к округлому отклику малой петли гистерезиса, когда H все еще сильнее, чем H депин .Более того, обращенные домены могут продолжать расширяться, когда направление H все еще параллельно M обращенных доменов, все еще обеспечивая энергетическое давление за счет энергии Зеемана. Из этого мы заключаем, что «необычный» закругленный ответ второстепенного контура может быть общим аспектом отклика второстепенного контура, возникающим, когда ферромагнитная система имеет более слабый H depin , чем H N0 .Следует также отметить, что динамика ДГ в условиях наблюдения хорошо описывается явлением ползучести. Показатель ползучести -1/4 26,27,28,29 подтвержден на дополнительном рисунке 3 (b).

Гистерезис и его влияние на пропорциональные клапаны

Что такое гистерезис? Это важно для вашего приложения? Какие эффекты это могло иметь? Вообще говоря, гистерезис — это задержка реакции на силу. Его можно найти везде — от физики и инженерии до биологии, химии и даже экономики.В этой статье мы объясняем основы и сложности, поскольку мы исследуем, как гистерезис влияет на пропорциональное управление жидкостями.

Чтобы понять гистерезис в некоторых из его более сложных состояний, полезно сначала взглянуть на него в некоторых из его простейших форм. Гистерезис трения относительно легко понять, потому что мы можем видеть — а иногда и чувствовать — результаты. Механический гистерезис часто называют «люфтом» или «спадом». Представьте себе водяной прибор с одной ручкой, который вы поворачиваете по часовой стрелке, чтобы включить воду.С этой ручкой вы знаете, что если повернуть ее прямо в положение «12 часов», не заходя слишком далеко, вы получите идеальный поток воды. Однако это более старый смеситель с небольшим «люфтом» ручки. Если вы пройдете 12 часов, вам придется вернуться на 11 часов, чтобы получить такой же идеальный поток воды. Когда вы поворачиваете кран обратно, «игра», которую вы испытываете, — это задержка. Это пример гистерезиса.

Пропорциональные клапаны и гистерезис

Clippard определяет гистерезис как максимальную разницу в токе, необходимую для достижения заданного расхода, относительно максимального тока.Математически это можно выразить как:

Что касается пропорциональных клапанов, гистерезис — это разница, которую вы видите в потоке, когда вы идете прямо в определенную точку, по сравнению с тем, когда вы проходите мимо этой точки потока и пытаетесь вернуться к ней.

Например, рассмотрим стандартный пропорциональный клапан с токовым приводом и номинальным гистерезисом 10%. Если мы приложим 0,15 ампер для достижения 1,0 л / мин, а затем увеличим ток до 0,2 ампера для большего потока, номинальный гистерезис в 10% означает, что, когда мы вернемся к 1.0 л / мин, нам нужно будет примерно на 10% ниже с нашим подаваемым током, чтобы достичь исходной скорости потока.

Гистерезис, который мы видим в пропорциональных клапанах с током, в основном магнитный. Когда мы подаем ток на катушку клапана, мы создаем электромагнитное поле, которое заставляет тарелку двигаться. Для открытия клапана требуется большее усилие, чем для его закрытия — для открытия на верхней стороне кривой потока требуется больше тока, чем на нижней стороне кривой потока.

Как минимизировать гистерезис в приложениях

Достижение минимально возможного гистерезиса является сложной задачей. При работе с клапанами с электромагнитным приводом многие переменные, такие как температура, износ и жесткость пружины, могут влиять на магнитный гистерезис. В конечном счете, хорошее управление может быть достигнуто, если характеристики клапана являются воспроизводимыми. Любой клапан с стабильной производительностью может значительно сократить колебания — когда система несколько раз выходит за пределы допустимого диапазона, чтобы достичь определенной точки — в системах с замкнутым контуром.

Пропорциональный клапан с наименьшим гистерезисом, который предлагает Clippard, — это пропорциональный клапан серии SCPV с шаговым управлением. Этот клапан управления потоком приводится в действие миниатюрным шаговым двигателем с нулевым магнитным гистерезисом и механическим гистерезисом всего 2% (номинальный). Это результат небольшого люфта в приводе. Подумайте о простом игольчатом клапане, который вы бы регулировали пальцами, а затем поместите сверху шаговый двигатель. Пропорциональные клапаны SCPV Clippard с шаговым управлением стали очень популярными в системах без обратной связи, поскольку им можно дать команду на заранее определенный шаг для достижения воспроизводимой работы.

Майк Кеттеринг • Технический специалист по продажам • Clippard

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.