Явление магнитострикции – заключается в изменении размеров ферромагнитного тела (т.е. в его деформации) при его намагничивании.

Обратный магнитострикционный эффект заключается в намагничивании ферромагнитного тела при его деформировании.Магнитострикция обусловлена деформацией кристаллической решетки намагниченного образца за счет изменения магнитных (диполь-дипольных и спин-орбитальных) и обменных сил. Линейная магнитострикция происходит почти без изменения объема тела. Она анизотропна и зависит от направления намагничивания тела. Количественно линейную магнитострикцию характеризует коэффициент магнитострикции

, (2.30)

где Δl – приращение длины тела при магнитострикции,

l – начальная длина, δ=10^-6-10^-2.

Объемная магнитострикцияпроявляется в области магнитного насыщения материала. Она анизотропна. Количественно характеризуется коэффициентом объемной магнитострикции

. (2.31)

Объемная магнитострикция значительно меньше линейной магнитострикции у всех магнитных материалов за исключением инваров у которых .

При объемной магнитострикции – изменяются все геометрические размеры ферромагнитного тела. В магнитострикционных преобразователях (МСП) используется только линейная магнитострикция. Магнитострикционный эффект у разных материалов проявляется по-разному. Высокой магнитострикцией обладает никель и пермендюр, которые широко применяются при изготовлении МСП. Величина магнитострикции во многом зависит от технологии изготовления и режимов работы МСП. Магнитострикционный эффект относится к группе четных. Это значит, что знак деформации сердечника не меняется при перемене поля на обратное. Частота деформации в два раза больше частоты переменного тока протекающего в обмотке преобразователя т.к. в положительный и отрицательный полупериоды происходит деформация одного знака.

В ультразвуковой технике применяют поляризованные МСП. Для создания поляризации по обмотке кроме переменного пропускают и постоянный ток. Физически это можно представить себе так, что внешнее поле ориентирует элементарные магниты примерно в одинаковом направлении и вещество ведет себя как монокристалл. При наличии поляризации частота деформации равна частоте элементарного напряжения, а амплитуда деформации ξ_П во много раз больше амплитуды деформации ξ_НП при той же магнитной индукции. Отношение амплитуд переменной деформации поляризованного ξ_П и неполяризованного ξ_НП определяется выражением . Если , то амплитуда деформации увеличивается в 20 раз. Такая зависимость возможна только на линейном участке кривой магнитострикции от В.

МСП представляет собой сердечник из тонких пластин, на котором размещена обмотка возбуждения. Наибольшее распространение получили стержневые и кольцевые МСП.

Рисунок 2.12 - Общий вид стержневого МСП

Рисунок 2.13 - Общий вид кольцевого МСП

Расчет МСП

МСП, используемые в технологических установках представляют собой резонансные системы продольных колебаний, длина которых кратна четверти длины волны. Расчет МСП производится только для резонансной частоты f₀.

Исходные данные:

1. Резонансная частота f₀.

2. Электрическая мощность подводимая к МСП Р_Э.

3. Удельная электрическая мощность материала Р’.

4. Зависимость магнитной индукции в материале МСП от напряженности магнитного поля δ=F(H).

5. Зависимость удельных электрических потерь в материале МСП от индукции Р_ЭП=F(B).

Цель расчета – определение размеров пакета, числа витков обмотки и режимов возбуждения МСП.

Таким образом, полный расчет МСП разбивается на три части:

1. Габаритный расчет пакета.

2. Электрический расчет МСП.

3. При необходимости производится тепловой расчет МСП.