Обработка сильными электрическими полями (электронно-ионная технология), страница 16

На рисунке 17.2 показана схема двухстержневого магнитострикционного преобразователя, широко применяющегося в ультразвуковой технологической аппаратуре. По обмотке преобразователя пропускают переменный ток с частотой, равной частоте УЗ. Этот ток создаёт в сердечнике переменное магнитное поле. Под действием периодического намагничивания стержни сердечника периодически изменяют свою длину, и колеблющиеся торцы сердечника возбуждают в окружающей среде ультразвуковую волну.

Для изготовления сердечников преобразователей наиболее широко применяют никель и пермендюр (сплав, содержащий 49 % железа, 49 % кобальта и 2 % ванадия), обладающие высокой магнитострикцией.

Магнитострикционные  преобразователи работают при сравнительно небольших частотах (до 100...200 кГц), так как с увеличением частоты растут потери на гистерезис и вихревые токи.

Основные преимущества магнитострикционных преобразователей: более высокая механическая прочность и надёжность; значительные относительные деформации, за счет чего можно получить сравнительно большие акустические мощности; устойчивость к коррозии.

Промышленность выпускает Магнитострикционные преобразователи серий ПМС и ПМ. Их рабочая частота равна, как правило, одному из трех стандартных значений: 18, 22 и 44кГц, потребляемая мощность составляет 0,4...4 кВт, напряжение питания — 220 и 440 В. Интенсивность ультразвука у магнитострикционных преобразователей может достигать 200 кВт/м2 и более.          Пьезоэлектрические преобразователи. При сжатии и растяжении в определенных направлениях некоторых кристаллов на их поверхности появляются электрические заряды, обусловленные поляризацией. Это          явление называется прямым пьезоэлектрическим эффектом и используется в приемниках УЗ. Обратный пьезоэлектрический эффект (деформация кристаллов под действием электрического поля) применяют в излучателях УЗ.          Пьезоэлектрические преобразователи часто выполняют в виде изготовленной из пьезоэлектрического материала пластинки с нанесёнными на её большие грани электродами. К электродам подводится переменное напряжение от генератора ультразвуковой частоты. При изменении приложенного электрического поля пластинка изменяет толщину и излучает УЗ в окружающую среду.

В качестве пьезоэлектрических материалов используют кристаллы кварца, сегнетовой соли, а также искусственно получаемую пьезокерамику: титанат бария и цирконат-титанат свинца.

Пьезоэлектрические преобразователи способны работать на очень высоких частотах (вплоть до десятков МГц) ввиду того, что пьезоэлектрический эффект является практически безынерционным и не связан с потерями на гистерезис. Однако они могут развивать относительно небольшую мощность (обычно не более сотен ватт) из-за низкой механической прочности пьезоэлектрических материалов. Напряжение питания составляет 50...400 В для пъезокерамики и 2...20 кВ для кварца, интенсивность УЗ достигает 100 кВт/м2.

Пьезоэлектрические преобразователи применяют в основном в ультразвуковой информационно-измерительной технике.

Акустические трансформаторы предназначены для усиления колебаний магнитострикционного преобразователя (трансформаторы скорости) и для согласования механического сопротивления технологической нагрузки с сопротивлением пакета преобразователя (трансформаторы сопротивления). Трансформаторы скорости называются концентраторами.

Концентратор представляет собой стержень переменного сечения, присоединяемый к пакету преобразователя более широким торцом. Меньший торец концентратора подводит колебания к технологической среде. Энергия концентрируется благодаря уменьшению площади сечения. Концентраторы могут усиливать амплитуду ультразвуковых колебаний в 10...15 раз и доводить её до 50мкм.

Использование силового и физико-химического действия ультразвука

Наиболее распространены технологические процессы, связанные с воздействием УЗ на жидкость. Поскольку в этих процессах основную роль играет ультразвуковая кавитация, то для них используют, как правило, низкие частоты (18...44 кГц), на которых кавитация наступает при относительно невысоких интенсивностях УЗ.