На главную

Устройства ультразвуковой очистки УУЗ-2мк2 (керамика)

Устройство ультразвуковой очистки УУЗ-2мк (микроконтроллер)

 Ванна ультразвуковая 2,5кВт

Теория, принципы работы

Экономическая эффективность

Резонанс, эффект Виллари

Способы и примеры установки

Области возможного применения

 

  Сертификат

 

 Контакты

 

Резонанс преобразователей

 

    Для максимально эффективного использования потенциала магнитострикционных преобразователей весьма важно настроить генератор на частоту их механического резонанса. Преобразователи, как любая электромеханическая система, имеют резонанс на определенной частоте, причем, с большой добротностью. Ниже показан график измерения резонанса магнитострикционного преобразователя устройства "Экоакустик-003" производства ООО "Ультра-Фильтр", (Россия).

Это казалось бы, небольшая проблема, настроить генератор на определенную частоту, но все усложняется тем, что преобразователи даже одного типа не имеют одинаковую частоту резонанса, разница частот у новых неустановленных на теплообменник преобразователей может достигать килогерца и более. И это еще не все, после приварки преобразователя вес его механической системы, влияющей на частоту резонанса, немного увеличивается, что приводит с снижению этой частоты, до 10-15% и более. Отсюда вывод - настраивать генератор в резонанс преобразователя нужно после того, как преобразователь установлен на объект воздействия. Для измерения резонанса был выбран оригинальный способ использования самого преобразователя в режиме "наоборот" - режиме приемника акустических колебаний. Этот обратный режим имеет название "Эффект Виллари", и использование его стало возможно благодаря наличию паузы после подачи ударного импульса, в течении которой и происходит измерение затухающих колебаний.

    Цитата:

"Виллари эффект: (Значение слова "Виллари эффект" в Большой Советской Энциклопедии)

    Виллари эффект, влияние механических деформаций (растяжения, кручения, изгиба и т.д.) на намагниченность ферромагнетика. Открыт (1865) итальянским физиком Э. Виллари (Е. Villari, 1836—1904). Виллари эффект обратен магнитострикции (изменению размеров ферромагнетика при его намагничивании). Ферромагнетики (например, никель), которые при намагничивании сокращаются в размерах (обладают отрицательной магнитострикцией), при растяжении уменьшают свою намагниченность (отрицательный Виллари эффект). Наоборот, растяжение ферромагнетиков с положительной магнитострикцией (например, стержня из железо-никелевого сплава с 65% Ni) приводит к увеличению их намагниченности (положительный Виллари эффект). При сжатии знак Виллари эффект меняется на обратный. Виллари эффект объясняется тем, что при действии механических напряжений изменяется доменная структура ферромагнетика (см. Магнитная структура), определяющая его намагниченность. Виллари эффект находит применение в технике при создании материалов с заданными магнитными свойствами."

 

 

 Другими словами, магнитострикционный излучатель при воздействии на него механических колебаний может работать как микрофон, (приемник механических и акустических ульразвуковых колебаний). Это и было использовано для определения частоты резонанса. После воздействия импульса длиной 2,5мС спустя некоторое время включается канал измерения остаточных колебаний магнитострикционного излучателя, величина которых индицируется стрелочным индикатором.

   

 

    На фото слева показана осцилограмма управляющего импульса (внизу), запускающего мощный генератор импульсов 17-25 кгц, питающий обмотки магнитострикционного излучателя. Масштаб по горизонтали - 1мС/дел. Вверху - осцилограмма затухающих колебаний излучателя, измеренная на выходе канала измерения, который был включен спустя 200-250мкС после окончания действия импульса, что видно на осцилограмме.

 

 

 

 

    Следует пояснить, почему выбран именно акустический способ измерения резонанса, ведь проще измерить электрический, когда сдвиг фазы тока и напряжения в катушке излучателя минимален. Дело в том, что по данным собственных исследований, электрический (где сдвиг фаз между током и напряжением в излучателе минимален, что и используется для определения электрического резонанса), и акустический резонансы различаются по частоте, немного (200...500гц), но различаются. (Тут сканированный отрывок из книги "Ультразвуковые электротехнологические установки" (Ленинград Энергоиздат 1982г.) где также об этом говорится). Однако, этого достаточно для снижения эффективности работы излучателя, ведь максимальная его эффективность находится на частоте именно акустического (механического) резонанса, а не электрического резонанса. Для иллюстрации ниже несколько осцилограмм, снятых на выходе канала измерения отклика (масштаб по времени - 2мС/дел):

 

 

 

 

 

 

 

    Излучатель настроен в резонанс, 21600гц                        Частота 21300 гц (на 300 гц ниже)                            Частота 21900 (на 300 гц выше)

Более подробно это показано на осциллограммах ниже, снятых цифровым осциллографом. На них верхняя красная осциллограмма - это импульсный отклик магнитострикционного излучателя, снятый на выходе канала измерения отклика, нижняя желтая - это форма тока при окончании импульса длиной 3мс через магнитострикционный излучатель, снятая широкополосным датчиком тока . Масштаб 1 деление - 5А. Обратите внимание на изменение формы и величины тока, на разных частотах, свидетельствующее о разных пропорциях активной и реактивной составляющих этого тока. Частота указана во второй снизу строке слева (желтая 2 F:). Также обратите внимание на максимальный положительный размах амплитуды напряжение на выходе канала измерения (первая строка снизу второй столбец красный 1 Ма:)

частота 21,55кГц

частота 22,52кГц. Форма тока максимально близка к прямоугольной, что свидетельствует о электрическом резонансе. Ма (максимальная амплитуда напряжения на выходе канала измерения - 11,80в)

частота 22,56кГц

частота 22,73кГц

частота 22,9 кГц. Резонансный отклик максимален. Ма: - 13,20в. Заметен существенный прирост реактивной составляющей тока через излучатель. При этом средний ток потребления генератором один и тот же.

частота 23,08кГц

частота 23,44кГц

частота 23,62кГц. Реактивная составляющая тока в пике превышает 50А. Резонансный отклик почти минимален.

также для иллюстрации работы системы настройки резонанса по эффекту Виллари ниже 2 фото осциллографа с фрагментом прибора УУЗ-2 с показаниями индикатора резонанса:

прибор настроен на электрический резонанс.

прибор настроен на максимум механического (акустического) резонанса.