Т а б л г п а 10.G. Основные .характеристики магнитострикинонных материа

Никель НП2Т Сплав NiCo

Сплав NiCo

Никоей

Пермендюр 49КФ

более 98 % 96 % N1 -4 % Со 96,3 % Ni -

2.3 % Сг -

1.4 % Со 94 % Ni - 4 % Со -2 % V

49 % Fe - 49 % Со - 2 % V

о, 9 8,9

2,15 2,15

4,9 4,9

2,25 5,0

1,9 4,8

8,2 2,05 5,2

1-2 2

2,5 0,4...0,6 0,4...0,6

Примечания: 1) механическая добротность соответствует амплитуде механического дюра и альфера 2,10-4 м.

смещения частота ультразвуковых колебаний равна удвоенной частоте тока в катушке возбуждения, так как магнитострикционный эффект не зависит от направления магнитного поля. При наличии смещающего поля результирующие магнитное поле и деформация пульсируют около некоторого среднего значения с частотой,Jpaвнo.й частоте возбуждения [949]. Магнитострикционные свойства материалов зависят от температуры Кюри. Поэтому максимальная рабочая температура магнитострикционного преобразователя должна быть на 100...200 К ниже ее.

Основные характеристики промышленных магнитострикционных материалов приведены в табл. 10.6.

Для уменьшения потерь на вихревые токи сердечники магнитострикционных преобразователей, изготавливаемых из хорошо проводящих материалов, следует выполнять из тонких лент, пластин или труб (рис. 10.10) [55, 190]. Наиболее широко распространены магнитострикционные преобразователи стержневого и кольцевого типа, причем в термометрии более

лов [948, 190]

напряжения 10 Па; 2) толщина листа для никеля н его сплавов 10 м, для пермен-

широко используются первые. Сердечники для излучения крутильных колебаний имеют форму трубок и взаимно перпендикулярную ориентацию векторов индукции подмагничивания Bq и переменного магнитного поля Нт (рис. 10,11) [948],

Удельная мощность или интенсивность двустороннего излучения стержневого преобразователя на резонансной частоте определяется выражением [948]

%а

2я/р

где а - магнитострикционная константа, / - механическое удельное сопротивление акустической нагрузки, - механоакустический КПД (для металлических сердечников ~50 %, для ферритовых 70,.,80 .%), и S - площади сечения стержня и нагрузки,

Резонансные частоты сердечников из трубок или стержней постоянного ссчсиия равны соответственно 190]

f = J} \/JL- (для продольных колебаний).

i Л I,/- (для крутильных колебаний), 21 1>

где п - номер гармоники, / - длина стеркня (трубки).

у/ Эньпн л;

Экран

Рис. 10.11; Магнитострикционные преобразователи [948]: а - с металлическим сердечником; б - с фсррнтовым сердечником и оставленными постоянными магнитами (заштрихованы); - стержневой дли продольных колебаний с раздельными катушками; г. д - для крутильных колебаний

Свойства пьезоэлектрических материалов характеризуются [9481 следующими параметрами:

Таблица 10.7. Характеристики пьезоэлектрических материалов при (18±

Кварц (срез 0° X) Ниобат лития (LiNbOg) ЦТС-23 ЦТСНВ-1 PZT-8

2,6 5,47 > 4,5 12,77

4,64 5,8<33) 28,бР>/84,6< > 5,03Р>/5,83 >

7,4 3,2/3,0 7,3 2,9/2,6 7,6 3,4/3,1

1100 2200 1000

13,2/15,0 16,3/20,2 11,4/13,7

2,31 ,6 2(22)/7j(33)

75/150 200/430 93/217

Примечание. Цифры в скобках у монокристаллов определяют индексы соответствуй индексов (П) или (31), а за косой - для (33); d,i<Q, за>0.

коэффициентом электромеханической связи

где 8?- - относительная диэлектрическая проницаемость, - диэлектри-

ческая проницаемость вакуума, d - пьезомодуль упругой податливости;

параметрами излучения;

sff - коэффициент

определяющими соответственно чувствительность излучателя по напряжению и электромеханический КПД преобразователя (tg б - тангенс угла диэлектрических потерь); параметрами приема:

определяющими соответственно чувствительность приемника в режиме холостого хода и минимальный сигнал, который можно принять на фоне электрических шумов схемы;

механической добротностью Q, определяющей акустомеханический КПД измерителя при заданной нагрузке.

Для ультразвуковых термометров целесообразно применение пьезоэлектрических материалов с высокой температурой Кюри, допускающих эксплуатацию излучателей и приемников в сравнительно широком диапазоне температур. Основные характеристики материалов с температурой Кюри выше 200 °С приведены в табл. 10.7.

При использовании диапазона частот >100 кГц преимущественно применяют преобразователи в виде пластин, совершающих колебания по толщине; при частотах 40... 100 кГц - в виде стержней, совершающих продольные колебания, причем для уменьшения рабочих электрических

2) X [948, 55]

щих тензорных характеристик Для пьезокерамикн значения перед косой приведены для

Т о чи! п 10.8. Характеристики резонансных элементов

,\\атер11п.ч

Л. мм

L, мм

/). мм

Рпс. 10.15, ж Сталь

напряжений целесообразно секционировать стержни, склеивая их из пье-зоэлеменюв малой толщины и соединяя параллельно их электроды [55].

Если пьезо- или магнитострикцион1!ЫЙ преобразователь не подвергается действию повышенных температур, то к нему не предъявляются особые требования и допустимо ниюльзование стандартных конструкций, исполь-

Рис, 10,12, Варианты взаимного размещения преобразователей при измерении температуры жидких и газообразных сред:

/ - передающие преобразователи; 2 - приемные преобразователи; 3 прнемио-передающпе (совмещенные) преобразователи; 4 - отражатели (стрелками показаны направления распространения сигнала)

зуемых в акустических средствах неразрушающего контроля (пьезоэлектрические искатели И111-0,6-КН-11, И111-2,5-КМ-12, И111-1,25-ПН17 и т. п. [774]), До температуры 1333К применяются преобразователи из ниобата лития с платиновыми электродами, изготовленными последовательным нанесением слоев платиновой пасты и отжигов в течение 10 мин при 1073К на воздухе. При эксплуатации указанных преобразователей не следует герметизировать их от атмосферы, так как это может привести к раскислению пьезоэлементов при повышенной температуре в процессе окисления внутренних поверхностей конструкций защитного корпуса [55].

Намотка катушек магнитострикционных преобразователей для повышенных температур осуществляется на керамических (AljOg) или металлических каркасах анодированной алюминиевой или танталовой проволокой, никелевой проволокой с оксидным или керамическим покрытием, медным проводом в высокотемпературной (силиконовой) изоляции [55, 1459].

Оптимальное число витков передающей катушки длиной / импульсного термометра [1035] определяется формулой

IbSk w = -j-,

где / - допустимая плотность тока, b - коэффициент заполнения, 5 - площадь сечения обмотки, i - амплитудное значение тока, k -скважность.

Для режима непрерывных колебаний необходимо использовать раздельные пьезо- или магнитострикционные преобразователи, для импульсов или пакетов колебания один преобразователь может выполнять функции излучателя и приемника. Варианты конструктивного решения и размещения преобразователей в том случае, если чувствительным элементом термометра служит сам объект контроля, могут быть разнообразными (рис. 10.12) [1116, 1422].

При дистанционной передаче сигнала к чувствительному элементу термометра, что относится в первую очередь к высокотемпературным термо-

14 9-491