В 1847 году Дж. Джоуль заметил, что если поместить
стержень из ферромагнитного материала в направленное вдоль него
магнитное поле, геометрические размеры стержня изменятся - проще говоря,
он деформируется. Это явление называется магнитострикционным эффектом,
или магнитострикцией (магнит и латинское strictio - сжатие).
Ферромагнетизм, то есть "железный магнетизм",- это совокупность
магнитных свойств железа. К числу ферромагнитных материалов, кроме
железа, относится ряд металлов, некоторые сплавы и окислы металлов.
Магнитострикционный эффект, как и пьезоэлектрический, обратим. Если по
обмотке, наложенной на ферромагнитный стержень, пропустить переменный
ток, то под; воздействием изменяющегося магнитного поля стержень будет
деформироваться (удлиняться и укорачиваться) - прямой
магнитострикционный эффект. Если же ферромагнитный стержень, на который
наложена обмотка, сжимать или растягивать, то его магнитные свойства
будут изменяться, а в обмотке возникнет переменный ток - обратный
магнитострикционный эффект.
Изучение магнитострикционного эффекта важно потому, что
магнитострикционные материалы применяются для изготовления различных
приборов и устройств, например магнитострикционных излучателей, датчиков
для исследования деформаций и напряжений в деталях машин и т. п.
Для изготовления магнитострикционных преобразователей применяются
пермендюр, никель и железоалюмичиевые сплавы - альферы. Наиболее высоким
магнитострикциоииым эффектом обладает сплав платины с железом, но из-за
большой стоимости этот сплав практически не применяется. Чаще
магнитострикционные преобразователи делают из тонких листов, склеенных
между собой. Толщина пластин обычно выбирается 0,1-0,3 миллиметра. На
сердечник, собранный из тонких листов, накладывается обмотка.
По сравнению с пьезоэлектрическими магнитострикционные преобразователи
имеют преимущества в том, что у них большие величины относительных
деформаций, большая механическая прочность, большой срок службы, они
менее чувствительны к температурным воздействиям.
Магнитострикционные преобразователи различаются по устройству в
зависимости от назначения. Плоские преобразователи квадратной или
прямоугольной формы применяются в технологических процессах очистки, а
также при интенсификации различных производственных процессов.
Преобразователи цилиндрической формы применяются для механической
обработки хрупких и сверхтвердых материалов, сварки, пайки и лужения, а
также в других производственных процессах.
Во многих ультразвуковых промышленных установках, аппаратах и станках
применяются магнитострикционные преобразователи типа ПМС. Отечественной
промышленностью разработан и изготовлен ряд новых преобразователей. Так,
ультразвуковой магнитострикци-онный преобразователь ПМС-15А-18
предназначен для возбуждения ультразвуковых колебаний в твердых телах.
Промышленностью освоено также серийное производство магнитострикционных
преобразователей с равномерно распределенным полем, у которых при той же
потребляемой мощности значительно повышается интенсивность излучения
(ПМС-26, ПМС-32, ПМС-36, ПМС-38, ПМС-38М). Погружной преобразователь
ПМС-36 предназначен для очистки и ускорения гальванических процессов.
Преобразователь ПМС-38 применяют при очистке листов белой жести перед
лужением в автоматической линии металлургического завода.
Ультразвуковые магнитострикционные преобразователи ПМС-27, ПМС-39,
ПМС-51 предназначены для возбуждения упругих колебаний ультразвуковой
частоты в твердых телах. Эти преобразователи в отличие от ранее
выпускавшихся соответствуют установленному международной конвенцией
диапазону рабочих частот. Преобразователи ПМС-27 и ПМС-39 рассчитаны для
работы на частоте 22 000 герц, а преобразователь ПМС-51 - на частоте 44
ООО герц.
Ученые и конструкторы настойчиво работают над совершенствованием
ультразвуковых преобразователей, добиваясь значительного улучшения
технических характеристик и расширения их сфер применения. Так, были
созданы колебательные системы с согласующими элементами. Преимущество их
- согласование полного сопротивления преобразователя с волновым
сопротивлением среды.
Пьезоэлектрические и магнитострикционные преобразователи значительно
различаются по принципу действия и конструктивному выполнению. Однако
они взаимно дополняют друг друга. Как первые, так и вторые используются
в ультразвуковых приборах и устройствах. Пьезоэлектрические
преобразователи применяются в тех] случаях, когда необходимо получить и
принять ультразвуковые колебания сравнительно больших частот (более 100
тысяч герц). Магнитострикционные преобразователи применяются для работы
при сравнительно небольших частотах.
"Звук, ультразвук, инфразвук" автор: И.Г. Хорбченко, Издательство
"Знание" Москва 1986 год.
