Габаритный расчет пакета и металлические материалы для пакетов магнитострикционных преобразователей

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра электронной техники и технологии

РЕФЕРАТ

на тему:

«Габаритный расчет пакета и металлические материалы для пакетов магнитострикционных преобразователей»

Минск, 2008

Явление магнитострикции – заключается в изменении размеров ферромагнитного тела (т.е. в его деформации) при его намагничивании.

Обратный магнитострикционный эффект заключается в намагничивании ферромагнитного тела при его деформировании. Магнитострикция обусловлена деформацией кристаллической решетки намагниченного образца за счет изменения магнитных (диполь-дипольных и спин-орбитальных) и обменных сил. Линейная магнитострикция
происходит почти без изменения объема тела. Она анизотропна и зависит от направления намагничивания тела. Количественно линейную магнитострикцию характеризует коэффициент магнитострикции

, (1)

где Δl – приращение длины тела при магнитострикции,

l – начальная длина, δ=10-6
-10-2
.

Объемная магнитострикция
проявляется в области магнитного насыщения материала. Она анизотропна. Количественно характеризуется коэффициентом объемной магнитострикции

. (2)

Объемная магнитострикция значительно меньше линейной магнитострикции у всех магнитных материалов за исключением инваров у которых .

При объемной магнитострикции – изменяются все геометрические размеры ферромагнитного тела. В магнитострикционных преобразователях (МСП) используется только линейная магнитострикция. Магнитострикционный эффект у разных материалов проявляется по-разному. Высокой магнитострикцией обладает никель и пермендюр, которые широко применяются при изготовлении МСП. Величина магнитострикции во многом зависит от технологии изготовления и режимов работы МСП. Магнитострикционный эффект относится к группе четных. Это значит, что знак деформации сердечника не меняется при перемене поля на обратное. Частота деформации в два раза больше частоты переменного тока протекающего в обмотке преобразователя т.к. в положительный и отрицательный полупериоды происходит деформация одного знака.

В ультразвуковой технике применяют поляризованные МСП. Для создания поляризации по обмотке кроме переменного пропускают и постоянный ток. Физически это можно представить себе так, что внешнее поле ориентирует элементарные магниты примерно в одинаковом направлении и вещество ведет себя как монокристалл. При наличии поляризации частота деформации равна частоте элементарного напряжения, а амплитуда деформации ξП
во много раз больше амплитуды деформации ξНП
при той же магнитной индукции. Отношение амплитуд переменной деформации поляризованного ξП
и неполяризованного ξНП
определяется выражением . Если , то амплитуда деформации увеличивается в 20 раз. Такая зависимость возможна только на линейном участке кривой магнитострикции от В.

МСП представляет собой сердечник из тонких пластин, на котором размещена обмотка возбуждения. Наибольшее распространение получили стержневые и кольцевые МСП.

Рисунок 1 - Общий вид стержневого МСП.

Рисунок 2 - Общий вид кольцевого МСП.

МСП, используемые в технологических установках представляют собой резонансные системы продольных колебаний, длина которых кратна четверти длины волны. Расчет МСП производится только для резонансной частоты f0
.

Исходные данные:

1. Резонансная частота f0
.

2. Электрическая мощность подводимая к МСП РЭ
.

3. Удельная электрическая мощность материала Р’.

4. Зависимость магнитной индукции в материале МСП от напряженности магнитного поля δ=F(H).

5. Зависимость удельных электрических потерь в материале МСП от индукции РЭП
=F(B).

Цель расчета – определение размеров пакета, числа витков обмотки и режимов возбуждения МСП.

Таким образом, полный расчет МСП разбивается на три части:

1. Габаритный расчет пакета.

2. Электрический расчет МСП.

3. При необходимости производится тепловой расчет МСП.

В технологических МСП наибольшее распространение получили стержневые замкнутые магнитопроводы. МСП с разомкнутым магнитопроводом почти не применяются из-за большого потока магнитного рассеяния и необходимости создания большой МДС для обеспечения нужной индукции (В). На рисунках изображены унифицированные конструкции магнитопроводов:

Рисунок 3 - Разомкнутый магнитопровод МСП.

Рисунок 4 - Двухстержневой магнитопровод МСП.

Рисунок 5 - Трехстержневой магнитопровод МСП.

Рисунок 6 - Четырехстержневой магнитопровод МСП.

Пакеты сердечников набирают из штампованных пластин никеля, пермендюра или альфера. Толщина пластин 0,1-0,2 мм. Пластины изолированы друг от друга слоем окисла и изоляционного лака. Соединяют пластины в пакет склеиванием, стягиванием более толстыми пластинами или припаиванием к концентратору. Склеивание пластин в пакеты повышает продольную устойчивость преобразователя, позволяет создавать сравнительно тонкие пакеты с толщиной набора 5-7 мм. Последнее необходимо для конструкций многопакетных МСП с равномерным полем излучения. Особое внимание надо обратить на качество рабочей (излучающей) поверхности пакета. Хорошая шлифовка увеличивает КПД преобразователя примерно на 10%. Излучающая поверхность магнитопроводов обычно имеет форму квадрата т.е.

. (3)

Площадь излучающей поверхности определяют исходя из допустимой удельной электрической мощности материала Р’.