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.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.