Ультразвуковой магнитострикционный излучатель

 

О П И С А Н И Е (978948

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнк

Соцналнстнческнк

Республик (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву Р 250556 (22) Заявлено 14 . 0 g. 81 (21) 3282601/18-10 (5l)M. Кл. с присоединением заявки И

В 06 В 1/08

3Ьаударстаапай комитет

СССР

Ilo делам иэабретеиий и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 07. 12 .82. Бюллетень М 45 (53) УД (д4.2З2 (088. 8) Дата опубликования описания 07.12.82

Г т (72) Авторы изобретения

А. Г. Сучков и Н. Н. Дмитриев

Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И, П. Бардина (71) Заявитель (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИАГНИТОСТРИКЦИОННЫЙ

ИЗЛУЧАТЕЛЬ

Изобретение относится к ультразвуковой технике, а конкретно- к уст ройствам, преобразующим электрическую энергию в механические колебания высокой частоты, и может быть использова-.

:,но в различном технологическом обо5 х рудовании разных отр аслеи народного ,хозяйства, Из основного авт. св, 11 250556 известен ультразвуковой магнитострикци-1о онный излучатель, содержащий магнитопровод и обмотку возбуждения, причем магнитопровод выполнен в виде соединенных в общий пакет секций, имеющих различные собственные частоты механического резонанса 1

Недостаток этого устройства состоит в невысоком коэффициенте полезного действия. 2о

Целью изобретения является повышение коэффициента полезного дейст вия .

Поставленная цель достигается.тем, что секции выполнены из пластин с одинаковыми геометрическими размерами и по крайней мере из трех разнородных материалов с различной скорост ью распространения упругой волны, причем пластины объединены в группы так, что в группе содержится по крайней мере одна пластина из каждого материала,а частоты их механического резонанса изменяются монотонно, а также тем, что у пластин, входящих в соседние группы, характер изменения частот механического резонанса носит противоположный характер, Сущность изобретения заключается в том, что выполнение пластин с одинаковыми геометрическими размерами, изготовление их из разнородных магнитострикционных материалов и соответствующий набор в секциях позволяют избежать значительных потерь на внутреннее трение и тем самым, при сохранении широкой полосы амплитудночастотной характеристики (АЧХ), а точнее - при еа расширении, повы978948

3 сить КПД, исключив его взаимосвязь с шириной полосы АЧХ, а также устранить неравномерность излучения и расширить функциональные возможности пре. образователя. 5

На фиг. 1 показан общий вид преобразователя (вид сверху); на фиг.2вертикальный разрез; на фиг. 3-5 показаны варианты группировки пластин в секции и эпюры изменения скорости 10 распространения упругой волны по высоте..секции; на фиг, 6 представлена амплитудно-частотная характеристика.

Иагнитопровод l излучателя, рассчитанного на среднюю рабочую часто» 15 ту 18 кгц, набран из кольцевых пластин 2, имеющих одинаковые геометрические размеры и средний радиус

41,5 мм, В пластинах выполнены радиально расположенные цилиндрические 20 отверстия 3, через которые проходит обмотка возбуждения 4, тороидально

;уложенная на магнитопровод 1 и подключенная к ультразвуковому генератору (на чертежах не показан),напри.- 25 мер УЗГ-2-10. Пластины выполнены из пяти разнородных магнитострикционных материалов, а именно из сплава К-65 (на чертежах обозначен буквой А), альсифера (В), альфера (В),,гиперни- 50 ка (Г) и пермалоя (Д), имеющих различ. ные скорости распространения упругой волны, соответственно (данные взяты из разных источников) 5, lxl0

4,9х10, 4,78х10, 4,4х10 и 4,3х х 10 ñì/сек.

Иагнитопровод преобразователя высотой 36 мм состоит из тридцати групп 5, каждая из которых объеди40 нена из восьмй пластин 2 толщиной

0,15 мм. Пластуны объединены в группы таким образом, что в каждой из них есть по меньшей мере одна пластина из каждого из вышеуказанных материалов, а скорость распространения

45 упругой волны изменяется монотонно при переходе от одной пластины к другой (эпюра б) - сначала уменьшается от 5,1х10 до 4,3х10 см/сек, а затем возрастает до 4,9х10 см/сек.

При этом пластины, контактирующие между собой и входящие в разные груп. пы, выполнены из сплава К-65 (А) и альсифера (Б), скорости распространения упругой волны которых отличаются одна от другой на 0,2х10 см/сек.

Выполнение пластин преобразователя менее чем из трех разнородных материалов является нецелесообразным ф т.к. это будет приводить к уменьшению ширины полосы АЧХ при условии сохранения достаточно высокого КПД, либо к снижению КПД при обеспечении значительной ширины полосы АЧХ. Использование же максимально возможного количества магнитострикционных материалов обеспечит преобразователю большую ширину полосы АЧХ и высокий КПД, Оптимальным представляется выполнение пластин из четырех или пяти разнородных материалов, которые нужно стремиться подобрать так, чтобы скорости распространения упругой волны у них отличались одна от другой на минимальную и примерно одинаковую величину.

Формировать группы 5 необходимо таким образом, чтобы их высота была одинакова и чтобы в каждой из них были представлены все магнитострикционные материалы, из которых выполнены .пластины, т.к. это обеспечивает им одинаковые по ширине полосы

АЧХ и равномерность излучения по высоте магнитопровода.

Принцип работы преобразователя тот же, что и известных преобразователей кольцевого типа. При подключении обмотки возбуждения 3 к ультразвуковому генератору в магнитопроводе 1 возникают магнитные силовые ли- нии, проходящие по окружностям, лежащим в плоскостях, перпендикулярных его оси. Под влиянием магяитострикционных сил, развивающихся в теле магнитопровода, его излучающие поверхности начинают совершать радиальные механические колебания. При этом за счет того; что пластины магнитопровода выполнены с одинаковыми геометрическими размерами (средний радиус 41,5 мм) и из сплава К-65 (f t =19,5 кгц), альсифера (fp >=18,8 кгц), альфера (:

=18,0 кгц), гиперника (1 0 =17,0 кгц) и. пермалоя (т =16,5 кгц), каждая из его секций, а следовательно и весь преобразователь, имеет ширину полосы АЧХ 2,5 кгц, В случае работы на постоянную нагрузку, например при обработке жидкости, преобразователь работает на какой-то одной частоте, например на средней рабочей частоте 18 кгц, При работе же на постоянно изменяющуюся. нагрузку, например, при волочении труб на цепных станах, пре978948

5 образователь работает на резонансных частотах, отклоняющихся от средней рабочей частоты, например, в одну (до 17,7 кгц) и другую (до

18,3 кгц) стороны. 5

В группы пластины могут быть сгруппированы так, что скорость распространения упругой волны будет либо только увеличиваться (умень19 шаться) (фиг. 4, эпюра 7), либо пос- ледовательно и несколько раз (фиг.5, эпюра 8) увеличиваться и уменьшаться. Секции 3 могут быть сгруппированы и соединены в магнитопровод так, !

3 что скорость распространения упругой волны у пластин, контактирующих между собой и входящих в разные секции (фиг. 4), будет одинакова,. что так же, как.выполнение секции одинаковой © высоты и из всех магнитострикционных материалов, иэ которых изготовлены пластины, способствует обеспечению равномерного излучения по высоте магнитопровода;

d

Формула изобретения

1. Ультразвуковой магнитострикционный излучатель по авт, св.

1 250556, отличающийся тем; что, с целью повышения КПД,секции выполнены из пластин с одинаковыми геометрическими размерами и по крайней мере из трех разнородных материалов с различной скоростью распространения упругой волны, при этом пластины объединены в группы так, что в группе содержится по крайней мере одна пластина иэ каждого материала, а частоты их механического резонанса изменяются монотонно.

2. Излучатель по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что у пластин, входящих в соседние группы, характер изменения частот механического ре-, зонанса носит противоположный характер.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Авторское свидетельство СССР

У 250556, кл. В 06 В 1/08. 1967 (прототип).

978948

5 9 17

1д 19 80 /игд

ФЫ

Составитель 8. Вавер

Техред А.дч Корректор Г. Огар

Редактор Б. Федотов

Заказ 9457/12 Тираж 495 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113039, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4