Магнитострикция

Модели с однопереходными конденсаторами

Излучатели данного типа выдают проводимость на уровне 5 мк. При этом показатель волнового сопротивления у них максимум доходит до 45 Ом. Для того чтобы самостоятельно изготовить излучатель, заготавливается небольшая стойка. В верхней части подставки обязана находиться накладка из резины. Также надо отметить, что магнит заготавливается неодимового типа.

Специалисты советуют устанавливать его на клей. Клеммы для устройства подбираются на 20 Вт. Непосредственно конденсатор устанавливается над накладкой. Стержень используется диаметром в 3.3 см. В нижней части обмотки должно находиться кольцо. Если рассматривать модели на два конденсатора, то стержень разрешается использовать с диаметром 3.5 см. Обмотка должна накручиваться до самого основания излучателя. В нижней части стоки клеится изолента. Магнит устанавливается в середине стойки. Клеммы при этом должны находиться по сторонам.

Использование эффекта

Измерение уровня

Для измерения уровня жидкости в резервуаре устанавливают вертикальный волновод из магнитострикционного материала. Это делают таким образом, чтобы оголовок волновода размещался на внешней верхней поверхности резервуара, а нижний конец упирался в дно.
На волновод насаживают кольцевой поплавок, содержащий постоянные магниты и свободно плавающий на поверхности жидкости. Из оголовка в волновод подаётся ультразвуковой импульс. Из-за магнитострикционного эффекта — в данном случае обратного эффекту Виллари — поплавок механически деформирует волновод. Отразившись от этой деформации, ультразвуковой импульс возвращается в оголовок, где происходит замер времени его прихода. По этому времени судят о высоте расположения поплавка на волноводе, а значит, и об уровне жидкости в резервуаре.

При использовании поплавков с различной удельной массой возможно измерение не только уровня жидкости (уровня границы раздела жидкой и газообразной фазы), но и уровня раздела сред с различной плотностью (например — бензина и подтоварной воды).

На практике данный метод используется для измерения уровня в резервуарах высотой до 18 м и обеспечивает достаточно малую абсолютную погрешность измерений — около 1 мм.

Генерация ультразвука

Магнитострикция используется для генерации ультра- и гиперзвука. Для гиперзвука с частотой порядка 1 ГГц магнитострикция остается практически единственным реальным методом его получения.[источник не указан 3358 дней]

Метки в противокражных системах

В акустомагнитных противокражных системах (АМ ПКС) используются метки, принцип работы которых основан на использовании аморфных сплавов с большим магнитострикционным эффектом.

Компьютерная память

В первых компьютерах использовалась проволока, которая скручивалась или раскручивалась под действием магнитного поля, реализуя таким образом память на линиях задержки.

Магнитострикционный привод

Магнитострикционный привод ( рис. 27, б) работает следующим образом. Стержень, изготовленный из маг-нитострикционного материала, помещают в магнитное поле, напряженность которого можно менять. Это зависит от материала стержня.
 

Магнитострикционный привод ( рис. 2.24, б) работает следующим образом. Различают положительную ( с увеличением напряженности магнитного поля размеры стержня увеличиваются) и отрицательную ( с увеличением напряженности магнитного поля размеры стержня уменьшаются) магнитострикции.
 

Магнитострикционный привод использует свойство тел из ферромагнитных материалов. В магнитное поле, создаваемое катушкой, помещен жесткий стержень. Один конец стержня жестко связан с неподвижной базовой деталью, а второй конец стержня закреплен в подвижном узле станка. С увеличением напряженности поля размеры стержня изменяются, что и приводит к перемещению подвижного узла.
 

Магнитострикционный привод подач осуществляет непрерывное движение, как результат суммирования во времени отдельных импульсов конечной величины. Так как к прецизионным подачам предъявляются жесткие требования в отношении плавности перемещения, то необходимо ограничивать величину отдельных импульсов значениями не более 1 — 2 мк. В этих условиях выбор марки сплава для рабочего стержня определяется не величиной магнитострикции насыщения, а его другими качествами и, в частности, его стоимостью.
 

Рассмотрим магнитострикционные приводы ( МСП), использующие явление магнитострикции — свойство некоторых магннтномягких материалов изменять свою форму и размеры при намагничивании.
 

Быстродействие магнитострикционного привода при сплошном стержне оказывается довольно низким ( 0 5 — 0 7 с), поэтому применяют шихтованные магнитострикторы из набора пластин или выполняют их в виде витой ленточной трубки.
 

Машины с магнитострикционным приводом применяют для испытаний на изгиб при симметричных циклах нагружения.
 

Вследствие этого усилие, развиваемое магнитострикционным приводом, воспринимается кинематической цепью привода от электродвигателя, которая к этому времени находится в натянутом состоянии.
 

Для изготовления магнитострикторов применяют чаще всего сплавы, относящиеся к системе железо-кобальт, и ферриты, которые обеспечивают в реальных конструкциях общее перемещение в пределах 8 — — 10 мкм на 100 мм длины стержня. Главным достоинством магнитострикционного привода наряду с высокой его жесткостью является удобство управления прямым электрическим сигналом, а недостатком — зависимость магнитострикционного удлинения от температуры и напряжения под действием внешней нагрузки. Кроме того, создание магнитного поля изменяет механические характеристики, в частности модуль упругости материала, что также необходимо учитывать при высокой точности малых перемещений.
 

Наконец, в-третьих, рассматриваемый привод более универсален, так как при отжатых зажимах он может работать как обыкновенный гидроцилиндр. Поэтому, помимо магнитострикционного привода, станок должен иметь дополнительный механизм для быстрых перемещений. Строго говоря, в данном приводе такой механизм также имеется ( гидроцилиндр), но в этом случае он встраивается наиболее удобно.
 

Текст

5 И 978 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУСоюз Советских Социалистических Республиквт, свид-ву полнительное 1) 1704781/18-10 л,з В 06 В 1(08 2) Заявлено 30.09 с присоединением аявкиГасударственный комнте 23) Приоритет авета Министров ССро делам нзобретенн(54) МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЙ И АТЕ Изобретение относится к ультразвуковым технологическим устройствам и может быть использовано для обработки различных материалов.Известны магнитострикционные излучатели, содержащие связанные с общим вибратором, ориентированные в противоположных направлениях концентраторы и крепежный фланец.Такие устройства предназначены для возбуждения колебаний одновременно в двух рабочих органах, Однако раздельное крепление каждого из концентраторов к вибратору и сложности, связанные с креплением сдвоенного излучателя на фланце, снижают эффективность известных излучателей и усложняют ихконструкцию.Целью изобретения является повышение эффективности и упрощение устройства,Это достигается тем, что в магнитострикционном излучателе концентраторы примыкают друг к другу в зоне общего крепежного фланца, на торце которого укреплен вибратор,На фиг. 1 и 2 показана конструкция предлагаемого магнитострикционного излучателя в двух вариантах.Излучатель содержит ориентированные в противоположных направлениях концентраторы 1 и 2 с общим вибратором 3 и крепежный фланец 4, в зоне которого концентраторы примыкают друг к другу, причем вибратор укреплен на торце фланца. Оба концентратора и фланец выполнены в виде одной детали.5 Особенностью излучателя, изображенногона фнг. 2, является то, что торец крепежного фланца 4, на котором укреплен вибратор 3, сопряжен с внутренней полостью концентратора 2, а вибратор размещен в указанной по лости. Длину обоих концов концентратора выбирают в зависимости от условий эксплуатации, она может быть различной.Предложенный излучатель позволяет эффективно озвучивать одновременно два инст румента в пределах от нуля до номинальноймощности, При этом колебания мощности одного рабочего органа в указанных пределах не влияют на работу дртого. Формул а изобретенияМагнитострикционный излучатель, содержащий ориентированные в противоположных направлениях концентраторы, связанные с общим вибратором, и крепежный фланец, от 5 личающийся тем, что, с целью повышения эффективности и упрощения устройства,концентраторы примыкают друг к другу в зоне общего крепежного фланца, на торце которого укреплен вибратор,%1 Руг 7 друг 2 Составитель Н, фомичев Корректор Т. Гревцова Редактор Т. Рыбалова Техред Е. Подурушина Заказ 12722 Изд, Ме 1307 Тираж 690 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 475

Смотреть

Магнитострикционный эффект в датчиках уровня жидкости

Магнитострикционные датчики уровня жидкости базируются на бесконтактном методе измерения и являются поплавкового типа. Благодаря отсутствию трущихся частей, датчики совершенно не подвержены механическому износу. Этим гарантируется очень надежная и стабильная их работа на протяжении неограниченного времени. Такие системы полностью лишены недостатков свойственных другим методам и системам измерений.

Важные преимущества магнитострикционного метода измерения

Данный метод измерения гарантируют безотказную и долголетнюю работу магнитострикционных датчиков в различных климатических условиях. К особенностям этих сенсоров относятся очень низкий коэффициент нелинейности (менее 0,004%) и высокая репродуцируемость (воспроизводимость) показаний измерения (до 0,005%!). Магнитострикционные датчики уровня часто находят свое применение в области механических тестирующих систем, машин контроля материала, систем разлива и контроля уровня жидкости в нефтяной, химической, пищевой и др. промышленностях.

Эффект магнетизма и ультразвука в основе магнитострикции

В основе магнитострикционного метода лежит комбинация из эффектов магнетизма и ультразвука. Периодически генерируемый электроникой сенсора токовый импульс передается по волноводу в направлении поплавка с расположенным в нем постоянным магнитом. В измерительном элементе (волноводе), в точке пересечения магнитного поля, вызванного токовым импульсом, с магнитным полем постоянного магнита возникает механическая (акустическая) волна, которая движется обратно с константной скоростью в направлении измерительной головки сенсора. Измеренное время между стартом токового импульса и приходом/возвращением импульса в виде ультразвуковой волны и является точным определением уровня (т.е. расстояния до поплавка).

Важнейшее качество — отсутствие механически изнашиваемых частей

Важнейшим качеством магнитострикционных датчиков является отсутствие механически изнашиваемых, т.е. трущихся, частей. Значение уровня жидкости регистрируется по всей длине зонда и необходимость в интенсивном обслуживании, как это имеет место в других системах, полностью отпадает.

Абсолютное значение уровня жидкости

К важным преимуществам этих датчиков относится и то, что абсолютное значение уровня жидкости находится в распоряжении оператора сразу же после подачи напряжения питания, и/или после сбоя в питании.

Помехозащищенность

Приемная система магнитострикционных датчиков регистрирует только торсионные импульсы в волноводе. Продольные колебания в области зонда, возникшие в результате воздействия от внешних механических воздействий, звуковых колебаний и помех никаким образом не влияют на показания измерений.

Электрическое подключение и программное обеспечение

Для дистанционного контроля и измерения уровня жидкости магнитострикционные датчики, как правило, подключаются к персональному компьютеру по шине RS485/RS232. С помощью специального программного обеспечения осуществляется одновременное отображение информации о уровне и температуре жидкости во всех измеряемых точках зонда. Специальное ПО регистрирует результаты расчетов объема и других параметров и с учетом температуры жидкости и осуществляет корректировку фактического объема.

Конструкция измерительного зонда

Зонд состоит из измерительного элемента (волновода), помещенного во внутрь защитной трубы, или металлического гибкого кожуха (шланга), позволяющего погружение в жидкость на глубину до 18 метров. Опционально возможно одновременное измерение температуры жидкости до 5-ти точек по всей длине зонда. Сенсорная головка состоит из литого корпуса или корпуса из нержавеющей стали и содержит электронику обработки сигнала.

Конструкция поплавка

Единственно подвижной частью сенсора является поплавок, свободно перемещающийся вдоль зонда. Для случаев эксплуатации датчиков в жидкостях с кристаллизирующимися свойствами поплавок обычно изготавливается с увеличенным внутренним диаметром, чем гарантируется свободное его перемещение вдоль измерительного зонда / штыря. Позиционирующие магниты, расположенные внутри поплавка, воздействуют через защитную оболочку зонда на волновод, вызывая возникновение торсионного импульса (см. картинку). Опционально, путем оснащения сенсора несколькими поплавками разной массы, возможно одновременное измерение уровня нескольких слоев жидкости разной плотности (например, вода и бензин).

Магнитостриктор

Проходящий по обмотке магнитостриктора переменный ток порядка 20 — 30 кгц вызывает механические колебания, которые через волновод передаются соединяемым металлическим пластинкам в зону сварки. Эти ультразвуковые колебания разрушают оксидную пленку, сближают свариваемые поверхности и при приложении механического усилия образуют сварное соединение. В настоящее время разработаны и применяются установки для точечной и шовной сварки ультразвуком.
 

Корректировка резонансных частот магнитострикторов может быть достигнута изменением геометрических размеров магнитострикционного пакета.
 

При хорошем согласовании магнитострикторов с генератором и при использовании наклонных излучателей с одинаковыми геометрическими размерами, массой и изготовленными из одного и того же материала система ультразвуковой генератор УЗГ-2-10 и четыре магнитострикционных преобразователя типа ПМС-15А с наклонными излучателями работает устойчиво, амплитуда из-гибных колебаний всех четырех излучателей находится в пределах 17 — 20 мкм.
 

Бурение с использованием магнитострикторов осуществляется шарошечным станком с наложением на долото вибраций, генерируемых магнитостриктором, встроенным в первую штангу бурового става станка. Выполнен он в виде набора системы стержней из ферромагнитной стали, продольные колебания которых происходят под влиянием магнитного поля с частотой генерирующего его переменного тока.
 

Выбор пьезоэлектрика или магнитостриктора определяется в основном акустико-механическими свойствами исследуемой среды. Так, в средах, обладающих сильными поглощающими свойствами, можно работать только на низких частотах, поэтому в излучателях и приемниках приходится применять преобразователи из магнитострикционных материалов. При исследования сред с малым затуханием акустической энергии более оправдано применение пьезоэлектрических материалов. Выбор же конкретного пьезоматериала ( или магнитостриктора) обусловлен типом волн, на котором предполагается проводить исследование, необходимой стабильностью излучения, предполагаемой армировкой ( с защитным дном или без него), необходимой чувствительностью и другими факторами.
 

Проходящий по обмотке магнитостриктора переменный ток порядка 20 — 30 кгц вызывает механические колебания, которые через волновод передаются соединяемым металлическим пластинкам в зону сварки. Эти ультразвуковые колебания разрушают оксидную пленку, сближают свариваемые поверхности и при приложении механического усилия образуют сварное соединение. В настоящее время разработаны и применяются установки для точечной и шовной сварки ультразвуком.
 

Проходящий по обмотке магнитостриктора переменный ток с частотой 20 — 30 кГц вызывает механические колебания, которые через волновод передаются соединяемым металлическим пластинкам в зону сварки. Эти ультразвуковые колебания разрушают оксидную пленку, сближают свариваемые поверхности и при приложении механического усилия образуют сварное соединение. В настоящее время разработаны и применяются установки для точечной и шовной сварки ультразвуком.
 

Связь нагрузки ( магнитостриктора МС) с контуром индуктивная; лодмагничивание по. ПТ; частоту настраивают при помощи вариометра. Данные анодного и сеточного дросселей те же, что и для генератора ЛГЕ-ЗБ.
 

В отличие от магнитострикторов конструкции пьезо-керамических излучателей не нормализованы.
 

Величина г эа для магнитострикторов составляет ( по Бергману) от 0 55 до 0 40 для частоты от 20 до 100 кгц, убывая с ростом частоты.
 

В качестве материала для магнитостриктора обычно используются либо чистый никель, либо пермаллой. Тепло, возникающее за счет потерь при возбуждении в магнито-стрикторе резонансных колебаний, устраняется путем охлаждения водой корпуса магнитостриктора.
 

Магнитостриктор

Пластину припаивают к пакету магнитостриктора.
 

С целью увеличения надежности работы магнитостриктора нами в качестве охлаждающей среды было применено трансформаторное масло, обладающее высокой диэлектрической прочностью и меньшей способностью к кавитационной эрозии. Охлаждение пакета магнитостриктора осуществляется по замкнутой системе. Масло прокачивается через бачок магнитостриктора с помощью насоса или помпы. Охлаждается трансформаторное масло змеевиком с проточной технической водой.
 

На Минском тракторном заводе с применением магнитострикторов ПМС-6-22 разработаны и внедрены ультразвуковые технологические установки для очистки деталей от окалины, ржавчины, механических и масляных загрязнений. В зависимости от конструктивных особенностей деталей, а также от предъявляемых к ним требований установки применяются двух типов: контактной и бесконтактной очистки. Необходимо отметить, что наиболее эффективен контактный способ ультразвуковой очистки.
 

Для увеличения амплитуды колебаний, создаваемых магнитостриктором, к нему подсоединяется трансформатор упругих колебаний.
 

Диаметр стержня определяется величиной диагонали излучающей плоскости магнитостриктора.
 

В дис-пергаторе в качестве излучателя используются пять магнитострикторов НЭЛ-IV с частотой колебаний 22 кгц, соединенных параллельно, и два гидродинамических излучателя.
 

Основываясь на результатах эксперимента с ультразвуком, создаваемым магнитостриктором от УЗГЗ-04, и гомогенизаторами, можно утверждать, что ультразвук положительно влияет на эксплуатационные свойства масла, увеличивая тем самым срок службы его и ГПА в целом.
 

Вместо коробки скоростей на станке устанавливают головку с магнитостриктором, в котором крепят соответствующий по форме и размерам инструмент-пуансон. Магнитостриктор перемещают вверх и вниз вручную или автоматически. Станок имеет стол, устанавливаемый под требуемым углом. Машинные тиски перемещают в двух взаимно перпендикулярных направлениях, в результате чего обрабатываемую деталь можно устанавливать в любом положении под инструментом.
 

Выбор провода в изоляции и его размещение на магнитострикторе производятся аналогично методу, изложенному в разделе электромагнитных излучателей.
 

Колонна устанавливалась вертикально в ванну с водой прямо на магнитостриктор И типа ПМ1 — 1.5 Д с рабочей поверхностью 26X26 см. Наличие воды в ванне, а также небольшой зазор между дном колонны и пластиной магнитострик-тора обеспечивали хороший акустический контакт с колонной, в которой распространялись снизу вверх ультразвуковые колебания частотой 23 кгц.
 

Для излучения ультразвука в одном направлении на противоположном торце магнитостриктора создают воздушную подушку или наклеивают, например, пористую резину толщиной 5 — 50 мм.
 

Рейка соединена со столом через систему рычагов и стержень магнитостриктора.
 

Магнитостриктор

Магнитостриктор 5 представляет собой сердечник, набранный из тонких пластин ферромагнитного материала. Он предназначен для преобразования электрических колебаний ультразвуковой частоты в упругие механические колебания. При этом используется эффект магнитострикции, который заключается в способности ферромагнитных материалов изменять свои линейные размеры при изменении напряженности магнитного поля. Абразивная суспензия, состоящая из карбида кремния ( карбида бора) и воды, непрерывно подается насосом 2 из бака / в рабочую зону. Инструмент прижимается к полупроводниковой пластине. Магнитостриктор 5 охлаждается проточной водой.
 

Магнитострикторы — тела из ферромагнитных металлов и сплавов, способные менять форму и размеры при намагничивании. Пьезоэлектрики — кристаллы, на гранях которых под воздействием механических деформаций возникают электрические заряды.
 

Магнитостриктор с частотой собственных колебаний 20 кГц жестко соединяется с концентратором 2 с такой же частотой собственных колебаний. Амплитуду колебаний образца измеряют микроскопом 4 с окулярмикрометром по размыву метки, нанесенной в пучности колебаний образца. Машина работает в режиме автоколебаний.
 

Магнитострикторы, как правило, используют для одностороннего излучения.
 

Магнитостриктор с частотой собственных колебаний 20 кГц жестко соединяется с концентратором 2 с такой же частотой собственных колебаний. Образец 3 связан с концентратором накидной гайкой и имеет частоту собственных колебаний. Амплитуду колебаний образца измеряют микроскопом 4 с окулярмикрометром по размыву метки, нанесенной в пучности колебаний образца. Машина работает в режиме автоколебаний.
 

Магнитостриктор — буровая забойная машина, преобразующая энергию переменного электромагнитного поля в высокочастотные колебания, передаваемые коронке.
 

Магнитострикторы, как правило, используют для одностороннего излучения. Для этого на торец магнитостриктора, противоположный излучающему, наклеивают пористую резину. Колебания, отражаясь от этого торца, изменяют фазу на 180 и достигают излучающей поверхности в фазе с прямой волной. В магнитострикторе нагреваются как обмотка, так и пакет. Для сохранения нормальных условий работы температура в центральной части вибратора не должна превышать 80 С.
 

Никелевые магнитострикторы были применены, между прочим, при никелировании в ультразвуковом поле: благодаря ультразвуку получаются чрезвычайно плотные и блестящие покрытия, причем скорость их нанесения может быть гораздо выше, чем без озвучивания.
 

Поэтому магнитостриктор заключают в герметичный бачок с принудительным охлаждением водой, а обмотку выполняют из специального провода типа БПВЛ.
 

Сердечник магнитостриктора рассчитывают таким образом, чтобы частота переменного тока генератора соответствовала собственной резонансной частоте колебаний сердечника.
 

Эффект «жужжания»

Низкочастотный трансформатор.

При работе многих электроприборов можно услышать исходящий от них шум (гул, «пение» и т. д.). Шум устройств, питающихся от бытовой электросети, может быть похож на жужжание или гудение (послушать гудение (инф.)). Одна из возможных причин этого — магнитострикция сердечников в индуктивных конструкциях, таких как трансформаторы или дроссели. При протекании переменного тока через их катушки создаётся переменное магнитное поле такой же частоты, которое заставляет ферромагнитные сердечники сжиматься и растягиваться (с частотой 100 Гц для 50 Гц тока или кратных частотах), которые, в свою очередь, передают эти колебания в воздух и другим элементам конструкции. Громкий шум может ухудшить комфортность окружающего пространства. Действие вибрации на внутренние элементы конструкции может стать причиной прогрессирующего растрескивания, способного вывести прибор из строя.

Этот пример хорошо иллюстрирует явление, но по сути им не является: гудят, отталкиваясь, пластины, из которых набран сердечник, — стоит залить его клеем или (как это делали раньше) вбить деревянную щепку — и гудение прекратится. Сплошные сердечники «гудят» так слабо, что нужен специальный прибор, чтобы зафиксировать шум от них.

Магнитострикционные преобразователи и колебательные системы

Наше предприятие является разработчиком новых и изготовителем традиционных ультразвуковых магнитострикционных преобразователей и колебательных систем. Имеющиеся технологии позволяют изготавливать стержневые и плоские распределенные преобразователи с наилучшими стрикционными показателями, с самой высокой степенью надежности и долговечности. В производстве преобразователей используются материалы (титановые, железо-кобальтовые, никелевые, стальные сплавы) контролируемого происхождения.

Версия для печати