---

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ
МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЕ

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК

ГОСТ 27955-88
(МЭК 782)

И

10 коп. БЗ 11—88/797

здание официальное

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ
Москв

а

У

Группа П94

ДК 534.232.45:006.354

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

П

ГОСТ
27955—88

(МЭК 782)

РЕОБРАЗОВАТЕЛИ УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЕ

Методы измерения характеристик

Ultrasonic magnetostrictive transducers.

Methods of measuring characteristics

ОКСТУ 6866

Дата введения 01.01.90

1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящий стандарт распространяется на. магнитострикцион­ные преобразователи (далее—преобразователи), изготовленные из шихтованных металлических материалов и из ферритов и предназ­наченные для излучения звуковой и ультразвуковой акустической мощности в жидкие или твердые среды, а также для процессов уль­тразвуковой обработки различного рода, например резания, свар­ки, химической обработки, и на специальные преобразователи на­пример преобразователи, предназначенные для воздействия на рас­плавленные металлы и т. п.

Преобразователи звуковые и ультразвуковые работают на ре­зонансной частоте и получают питание от генераторов электричес­кой мощности.

В настоящем стандарте рассматривают преобразователи толь­ко с одной рабочей резонансной частотой.

Стандарт не распространяется на преобразователи, предназна­ченные для создания сигналов, передающих информацию.

2. НАЗНАЧЕНИЕ

Настоящий стандарт устанавливает основные характеристики и предпочтительные методы измерений для оценки работы преобра­зователей.

3. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

   1. Преобразователи подразделяют на две категории:

Издание официальное Перепечатка воспрещена

★

© Издательство стандартов, 1989Категория Р (ультразвуковые излучатели) — преобразователи, предназначенные для излучения акустической мощности в жид­кость. Металлическая диафрагма или поршень, присоединенные к излучающему концу преобразователя для лучшего согласования со> средой, могут рассматриваться как часть самого преобразователя.

Категория А (ультразвуковые инструменты) — преобразовате­ли с механическими трансформаторами для увеличения амплитуды колебаний или иного способа согласования с нагрузкой или без них, предназначены для ультразвукового резания, сварки и т. п. Инструмент или наконечник, присоединенный к выходному концу трансформатора, может рассматриваться как часть измеряемого преобразователя.

4. ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

   1. Основные измеряемые характеристики совместно с соответ­ствующими методами и с указанием категории преобразователя приведены в таблице.

П родолжение

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И ИХ ОБОЗНАЧЕНИЯ

   1. Входная электрическая мощность Р_е

Р_е— активная мощность переменного тока 7т, потребляемая преобразователем от электрического генератора, определяется по формуле

Р_е=г 1/_т/_т cos

где Ут — напряжение возбуждения на зажимах преобразовате­ля, В;

/т — ток, протекающий через обмотку, А;

<р — сдвиг фаз между напряжением и током.

Примечание. Для всех синусоидальных меняющихся напряжений и то­ков соответствующие обозначения означают средние квадратические значения.

Полная электрическая входная мощность Р_е может быть выра­жена через составляющие ее части

Pe=7’_d+P_mi+/’a=7’d+7’_ni)

Лп—Лм+^а»

где Р_л— акустическая выходная мощность, Вт;

Рй — мощность магнитных потерь из-за магнитного гистере­зиса и вихревых токов, Вт;

Р_т— мощность внутренних механических потерь,.Вт;

Р_т— общая механическая мощность преобразователя, Вт.

Преобразователи, подмагничиваемые постоянным током или переменным током низкой частоты 7тр , потребляют дополнительно к мощности переменного тока Р_е мощность тока подмагничивания Р_ер в ваттах

Р =Г²-R

где 7тр — ток подмагничивания, А;

7?_w — активное сопротивление обмотки, Ом.

Леа — отношение, выраженное в процентах, акустической вы-, ходной мощности Р_л к электрической входной МОЩНОСТИ Ре:

Значение т; еа может быть выражено как

⁷1еа^=/1ет' бта >

где т]еа — электромеханический КПД нагруженного преобразо­вателя;

Д та — механоакустический КПД

.Электромеханический КПД ї]е_т

Л ет — отношение, выраженное в процентах, общей механиче­ской мощности Р_т к электрической входной МОЩНОСТИ Ре

Ле_т=/Г--Ю0°/о-

Механоакустический КПД r|_ma

Л та — отношение, выраженное в процентах, акустической ВЫ­ХОДНОЙ мощности Р_а к общей механической МОЩНОСТИ Рт

Чта=^ -100%= р_а^р_т1- -100%.

£ — амплитуда механических колебаний рабочего конца ульт­развукового инструмента, т. е. выходного конца механического трансформатора, присоединенного к преобразователю.

fres — частота, соответствующая максимальному значению электрической входной мощности Ре или максимальному значению амплитуды колебательного смещения | (амплитуды колебательной скорости £а>).

f res зависит от электрического выходного импеданса Z_gout воз­буждающего генератора. Если Z_{g out} очень мал по сравнению с электрическим импедансом Z преобразователя и напряжение воз­буждения при изменении частоты остается постоянным (Ут *= ;= const), то fres приблизительно совпадает с антирезонансной ча­стотой f_a. Если Z g _out очень велик по сравнению с электрическим импедансом преобразователя и ток возбуждения сохраняется пос­тоянным при изменении частоты (/т =const), то fres приблизи­тельно совпадает с частотой последовательного резонанса f_r. В ре­альных условиях резонансная частота находится между f_r и f_a.

Частота резонанса f_r

f_r — резонансная частота для случая, когда преобразователь возбуждается электрическим генератором тока постоянной величи­ны (выходной импеданс Z_{g out} очень велик по сравнению с Z). Ча­стота f_r приблизительно равна частоте, соответствующей максиму­му электрического импеданса преобразователя или максимальной амплитуде колебательной скорости и максимальной входной мощ­ности при постоянном значении тока возбуждения.

Частота антирезонанса f_a

f_a — резонансная частота для случая, когда преобразователь возбуждается электрическим генератором напряжения постоянной величины (выходной импеданс Z_{g out} очень мал по сравнению с Z). Частота f_a приблизительно равна частоте, соответствующей мини­муму электрического импеданса преобразователя или максималь­ной амплитуде колебательной скорости и максимальной входной мощности при постоянном значении напряжения возбуждения.

Д/ — частотный интервал в области резонанса на частотной ха­рактеристике преобразователя, ограниченный с обеих сторон f_res частотами, соответствующими либо значениям равным поло­вине максимального значения, либо значениям |, равным 0,7 мак­симального значения.

Частотная характеристика (при постоянном напряжении) —

график зависимости Р_е или g от частоты при постоянном значе­нии Ут . Частотный диапазон характеристики берут достаточно широким, чтобы правильно описать преобразователь в условиях на­грузки.

Частотная характеристика (при постоянном токе) —

график зависимости Р_е и £ от частоты при постоянном значе­нии 7т . Частотный диапазон характеристики берут достаточно ши­роким, чтобы правильно описать преобразователь в условиях на­грузки.

Механическая добротность Q преобразователя является мерой его механических потерь и определяется как

Q fres ⁴■

Z — отношение переменного напряжения возбуждения на зажи­мах преобразователя к соответствующему переменному току, про­текающему через его обмотку, выражается в виде

Z=Zel?, где модуль импеданса преобразователя равен

ср — угол сдвига фаз между напряжением возбуждения и током. Другая форма для выражения импеданса

Z=P+jX,

где R — действительная, X — мнимая его составляющие.

При этом имеют место следующие соотношения:

tg_T=4 •

Z — электрический импеданс преобразователя в отсутствии механических колебаний.

6. УСЛОВИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

   1. Общие требования

Измерения характеристик преобразователя следует проводить при условиях, максимально приближенных к услбвиям реальной работы в ультразвуковых устройствах:

температуры окружающей жидкости или воздуха;

охлаждения;

крепления преобразователя;

граничных сред на боковых и тыльной поверхностях (воздух или пористый материал);

режима подмагничивания;

нагрузочных режимов.

Измерения характеристик , g, f_res , ДА Q> Z_res и Z_d преобра- зователей категории А допускается проводить без внешней нагруз­ки, если импеданс нагрузки достаточно мал по сравнению с внут­ренним механическим импедансом преобразователя.