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WIEGAND EFFEKT

Wiegand-Sensoren

Der „Wiegand-Effekt“ ist ein physikalisches Phänomen, das John Wiegand in den 1970er Jahren entdeckt hat. Wiegand stellte fest, dass ein speziell hergestelltes Stück einer ferromagnetischen Legierung (der Wiegand-Draht), seine magnetische Polarität bis zu einem bestimmten Punkt beibehält und dann plötzlich in die entgegengesetzte Polarität „kippt“, wenn es einem umgekehrten externen Magnetfeld ausgesetzt ist. Diese Änderung der magnetischen Polarität erfolgt innerhalb weniger Mikrosekunden und kann einen Stromimpuls in einer Kupferspule erzeugen, die nahe dem Wiegand-Draht positioniert ist. Dieses Ereignis wird oft als Wiegand-Effekt bezeichnet.

Die Stärke und Dauer des resultierenden Impulses ist unabhängig von der Geschwindigkeit, mit der sich das externe Magnetfeld ändert. Dies macht den Wiegand-Effekt für Ingenieure interessant: Einfache Dynamos wandeln Drehbewegungen in elektrische Energie um, ihre Ausgangsleistung hängt jedoch von der Drehzahl ab. Wenn sich die Welle eines Dynamos sehr langsam dreht, sind die Leistungspegel zu niedrig, um von großem Nutzen zu sein. Bei einem Wiegand-Drahtsystem bleibt die Menge an elektrischer Energie, die mit jedem „Umdrehen“ des Magnetfelds erzeugt wird, konstant, unabhängig davon, wie schnell oder langsam sich das Magnetfeld ändert. Bei POSITAL-Drehgebern wird diese Umkehrung durch Drehen eines Magneten erzeugt.

Wie funktioniert das?

magnetisation_wiegand_wire

A. Zu Beginn des Zyklus sind die magnetische Polarität der Außenhülle und des Innenkerns gleich.

B. Wenn der Draht einem moderaten äußeren Feld entgegengesetzter Richtung ausgesetzt ist, schirmt die äußere Schicht des Drahtes den Kern ab und beide behalten ihre ursprüngliche magnetische Polarität bei. Wenn jedoch die Stärke des externen Feldes eine kritische Schwelle erreicht, reicht der Abschirmeffekt nicht aus und die Polarität des Drahtkerns kehrt sich plötzlich um. Diese plötzliche Änderung der Polarität erzeugt einen Stromimpuls in der den Draht umgebenden Spule.

C. Die Kombination des verstärkenden äußeren Feldes und der umgekehrten Polarität des inneren Kerns bewirkt, dass sich auch die magnetische Polarität der äußeren Hülle umkehrt.

D. Wenn das externe Feld abnimmt, behält der Draht seine neue Polarität bei.

E. Wenn das jetzt umgekehrte externe Feld die kritische Schwelle erreicht, kehrt das Kernmaterial des Wigand-Drahtes zu seiner ursprünglichen Polarität zurück und erzeugt einen Stromimpuls in der umgebenden Spule.

F. Darauf folgt schnell eine Umkehrung der Polarität des äußeren Kerns. Der Draht ist jetzt wieder im Anfangszustand.