Принцип работы магнитострикционных преобразователей

Магнитострикционные преобразователи (ПМС) преобразуют энергию магнитного поля в механическую ультразвуковую энергию. Действие ПМС основано на магнитоупругом эффекте, при котором некоторые сплавы с содержанием железа, кобальта или никеля деформируются (изменяют линейные размеры) в магнитном поле. В качестве материалов для ультразвуковых магнитострикционных преобразователей используются сплав 49К2Ф (*пермендюр) или никель. Волновод первой ступени см. рис. 1, иначе называемый трансформатором механических колебаний, выполняется из специального титанового сплава или высокопрочной стали. Соединение магнитострикционного материала с титановым волноводом первой ступени осуществляется методом переплава, технология которого является ноу-хау автора, а интеллектуальная собственность на такой ПМС защищена патентом. Соединение магнитострикционного материала со стальным волноводом первой ступени осуществляется пайкой серебряными припоями в вакууме или среде защитных газов. Общий вид ПМС представлен на рис. 1.

пмс1

Рисунок 1 Конструкция ПМС.

1 – пакет пластин из магнитострикционного материала; 2 – волновод первой ступени (трансформатор упругих колебаний); 3 – обмотка.

Выходной диаметр волновода первой ступени ØD (см. рис. 1), на мощность 400 и 630 Вт составляет 22 мм, резьбовое отверстие MxN, для присоединения волновода второй ступени М12х1,25;

— на мощность 1000, 1600 Вт – выходной Ø32 мм, резьбовое отверстие М12х1,25;

— на мощность 2000, 2500 Вт – выходной Ø40 мм, резьбовое отверстие М12х1,25;

— на мощность 3500, 4000, 5000 Вт – выходной Ø65 мм, резьбовое отверстие М27х1,5.

Соединение волновода первой и второй ступени (инструмента) осуществляется шпилькой.

Магнитострикционные преобразователи характеризуются высокой надежностью, не менее 10 тыс. часов непрерывной работы и КПД, до 80%. Такие характеристики обусловлены качеством соединения и пайки, геометрической формой колебательной системы и специальной технологией термической обработки.

Сортамент основного ряда ПМС по мощности и частоте, см. таблицу 1, определяются соответствующими нормативными документами: ГОСТ 16165-70; ГОСТ 9865-68 и ГОСТ Р 50664-94 «Аппараты ультразвуковые технологические. Рабочие частоты». При создании ультразвуковых технологических устройств их электрические параметры дополнительно необходимо согласовывать с ГОСТ Р 51318.11-99 «Радиопомехи индустриальные от промышленных, научных, медицинских и бытовых (ПНМБ) высокочастотных устройств.», а также с требованиями технологических процессов в которых используются ультразвуковые магнитострикционные преобразователи.

При работе на технологическую нагрузку ПМС нагреваются, и для их охлаждения рекомендуется использовать жидкостные системы охлаждения, например, автономные системы охлаждения с теплоносителем в виде дистиллированной воды или антифризов, возможно использование так же и проточной воды. Для поддержания рабочей температуры ПМС, не выше +65°С, они помещаются в бачки охлаждения.

*Пермендюр (англ, permendur, от permeability — проницаемость и durable — прочный, длительный) — сплав железа с кобальтом (48-50%) и ванадием (до 2%), характеризующийся большими значениями магнитного насыщения, проницаемости в области высоких индукций, точки Кюри. Относится к магнитно-мягким материалам.

Допуски на мощность, частоту и напряжение для ПМС:

Таблица 1
Мощность, кВт Допуск, кВт
0,40 ± 0,040
0,63 ± 0,063
1,00 ± 0,100
1,60 ± 0,160
2,50 ± 0,250
4,00 ± 0,400
6,30 ± 0,630
10,00 ± 1,000
Таблица-2
Напряжение, В Допуск, В
  55 15
110 22
220 44
440 66
Таблица-3
Частота, кГц Допуск, кГц
18 ± 1,35
22 ± 1,65
44 ± 4,40
66 ± 6,60

 

— по мощности и напряжению ГОСТ 9865-68. «Установки ультразвуковые. Ряд номинальных электрических мощностей. Ultrasonic installations. Range of nominal electric powers», таблица 1, 2;

— по частоте ГОСТ Р 50664-94 «Аппараты ультразвуковые технологические. Рабочие частоты». Однако при создании ультразвуковых технологических устройств их электрические параметры дополнительно необходимо согласовывать с ГОСТ Р 51318.11-99 «Радиопомехи индустриальные от промышленных, научных, медицинских и бытовых (ПНМБ) высокочастотных устройств», а также руководствоваться ГОСТ 16165-70 «Генераторы транзисторные ультразвуковые для технологических установок. Общие технические условия», таблица 3;

— по требованиям технологических процессов, в которых используются ультразвуковые магнитострикционные преобразователи.