Wiegand-Sensoren

Wiegand-Sensoren (nach John R. Wiegand) gehören zu den Impulsdraht-Sensoren und basieren auf dem gleichnamigen Wiegand-Effekt. Sie werden zur Messung von Magnetfeldern eingesetzt.

Aufbau und Funktion

Wichtigster Teil eines Wiegand-Sensors ist der Wiegand-Draht. Er besteht aus einer speziellen Legierung mit einem hartmagnetischen Metall als Mantel und einem weichmagnetischen Metall als Kern. Der typische Durchmesser solcher Drähte beträgt 0,25 mm.

In diesen beiden Bereichen kann nun eine unterschiedliche Magnetisierbarkeit (Mantel und Kernbereich) beobachtet werden. Betrachtet man die Möglichkeiten der Magnetisierung, gibt es insgesamt 3 Fälle: einer, in denen Kern und Außenhaut gleich magnetisiert ist, und zwei mit gegenläufiger Magnetisierung.

Die beiden Bereiche reagieren in Gegenwart eines Magnetfeldes unterschiedlich. So ändert der hartmagnetische Mantel seine magnetische Polarisierung nur in Gegenwart stärkerer Magnetfelder, als die für das Kernmaterial erforderlichen Magnetfelder. Nun wird der gesamte Draht von einem externen Magnetfeld umgeben. Die Feldlinien des weichmagnetischen Metalls richten sich nach denen des externen Felds.

Überschreitet das äußeres Magnetfeld die Koerzitivfeldstärke kommt es zu einer sprunghaften Ummagnetisierung des Kerns. Dieser Ummagnetisierungsspannungspuls ist mit einer Änderung des magnetischen Flusses verbunden und kann mit Hilfe einer Spule, die den Wiegand-Draht umgibt, nachgewiesen werden.

Werden beide Pole eines Magneten am Wiegand-Sensor vorbeigeführt, so entstehen vier Signale, da zuerst der Kern und dann die Außenhaut des Drahtes ummagnetisiert wird. Ebenso ist es möglich, den Wiegand-Sensor auch durch ein fremderzeugtes Feld jeweils wieder zurückzusetzen.

Auf Grund der Formanisotropie hat der Werkstoff nur einen weissschen Bezirk und es existieren somit fast rechteckige Hysteresekurven.

Herstellung des Wiegand-Drahtes

Durch Kaltumformung und anschließendes Tempern wird ein dünner Draht erzeugt (Durchmesser ca. 300 µm). Der Kern des Drahtes ist durch das besondere Herstellungsverfahren weichmagnetisch, während die Außenhaut hartmagnetisch ist. Die Herstellung bedingt auch, dass die magnetischen Momente in der Achsrichtung orientiert sind.

Anwendung

Verwendung findet der Wiegand-Sensor als:

• Drehzahlmessung (mit Polrad)
• Näherungssensor
• Wegsensor
• Winkelsensor

Siehe auch

• Barkhausen-Effekt