|
|||||||
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Выбор акустических параметров при проектировании ультразвуковых устройствПри проектировании ультразвукового технологического устройства необходимо решать следующие задачи: расчет и конструирование ультразвуковой колебательной системы, подбор источников питания и проектирование кинематики перемещения отдельных узлов установки. В процессе расчета ультразвуковых преобразователей определяют рабочую частоту, потребляемую мощность, входное электрическое сопротивление преобразователя. Этот комплекс параметров определяет возможность комплектации ультразвуковой технологической установки универсальным генератором или необходимость проектирования специализированного ультразвукового генератора. Остальные узлы ультразвуковых технологических установок проектируют с учетом специфики конкретного технологического процесса. Расчет и конструирование ультразвукового узла начинают с определения основных акустических параметров, которые обеспечивают заданные характеристики технологического процесса. Такими параметрами являются: частота, амплитуда колебаний (удельная акустическая мощность), площадь рабочей поверхности излучателя (инструмента). При этом в процессе проектирования ультразвукового узла в ряде случаев необходимо удовлетворить заданным ограничениям по массе и габаритным размерам. Рабочую частоту выбирают с учетом влияния многих факторов. Для большинства технологических процессов частота колебаний определяет эффективность самого процесса. Например, при очистке, связанной с кавитационной эрозией, эффективность растет с понижением частоты в пределах ультразвукового диапазона, производительность ультразвуковой обработки при постоянной амплитуде смещений растет с увеличением частоты. При повышении частоты уменьшаются габаритные размеры и масса колебательной системы, облегчается выполнение санитарно-гигиенических требований к шуму ультразвуковых установок, но падает амплитуда колебательных смещений и КПД системы. При определении акустической мощности необходимо учитывать назначение колебательной системы. Она может быть предназначена: Для процессов, связанных с кавитационной активностью жидкости, оптимальное значение удельной акустической мощности для водных сред составляет Wa=l„5—2,0 Вт/см2. Этому значению удельной акустической мощности соответствует амплитуда колебательной скорости на поверхности излучателя 0,2 м/с. Условия работы при излучении в среду характеризуются заданной площадью излучения и удельной акустической мощностью, которая определяется для данного технологического процесса.
2.5.Резонансная частота и чувствительность преобразователя Пьезоэлектрические и магнитострикционные преобразователи являются резонансными. Поэтому расчет преобразователя следует начинать с выбора геометрических размеров, соответствующих заданной резонансной частоте. В ряде случаев необходимо решить обратную задачу — найти резонансную частоту преобразователя известных размеров. Обычно используют симметричный магнитострикционный преобразователь, который условно можно представить как систему трех последовательно соединенных стержней. Длина среднего стержня равна высоте окна l2, длина крайних одинакова и равна толщине накладки l1. Отношение площадей поперечного сечения q=S1/S2=a/(a-b), где a — ширина преобразователя; b — ширина окна. Резонансная частота определяется из условия , где ; волновые размеры преобразователя; f—заданная частота преобразователя; с—скорость звука в материале преобразователя. График для определения волновых размеров накладки и полной длины преобразователя приведены на рис. 7.
Рис.2.7. График для определения резонансных размеров и симметричной колебательной системы при разном соотношении
Задачей последующих расчетов является выбор материала, определение размеров и других параметров преобразователя с целью получения заданной амплитуды колебаний на выходе преобразователя. В линейном приближении амплитуда колебаний на выходе преобразователя пропорциональна амплитуде вынуждающей силы : , где S — площадь поперечного сечения активной части преобразователя (S=S2); —амплитуда вынуждающих напряжений. Для магнитострикционного преобразователя = —амплитуда магнитострикционных напряжений. В линейном режиме , где —магнитострикционная постоянная; Bm — амплитуда индукции. Для пьезоэлектрического преобразователя =dikEm где dik — пьезомодуль; Em —амплитуда напряженности электрического поля. Внутреннее сопротивление преобразователя Zi имеет комплексный характер. Его реактивная составляющая обращается в нуль на частоте механического резонанса. При этом амплитуда колебаний достигает максимума. Активная составляющая внутреннего сопротивления преобразователя при резонансе равна сопротивлению механических потерь преобразователя Rм.п. Значение А определяется выбором конструкции преобразователя. Амплитуда индукции в рабочей части магнитострикционного преобразователя пропорциональна напряжению на концах обмотки возбуждения: , где N — полное число витков обмотки возбуждения; Um—напряжение на входе преобразователя; S2 — площадь поперечного сечения магнитопровода Аналогично для пьезоэлектрического преобразователя где l2— толщина пьезоэлемента. С учетом приведенных формул получим выражение, позволяющее определить амплитуду колебаний при заданной величине напряжения на входе преобразователя: , где g =l2-1 для пьезокерамического преобразователя и для магнитострикционного. Из выражения определения амплитуды колебаний следует, что отношение амплитуды колебаний на выходе к амплитуде электрического напряжения на входе зависит только от свойств преобразователя и характера нагрузки. Итак, чтобы найти амплитуду колебаний на выходе преобразователя при заданной нагрузке Rн, необходимо знать чувствительность и сопротивление механических потерь Rм.п. для магнитострикционного или составного пьезоэлектрического преобразователей. Поиск по сайту: |
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.005 сек.) |