Материалы для чувствительных элементов магнитострикционных преобразователей параметров движения

Артемьев Э.А.,Прошкин В. Н.

Астраханский государственный технический университет

Пензенская государственная технологическая академия

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МАГНИТОСТРИКЦИОННЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ

Магнитострикционные преобразователи параметров движений (МППД), являются сравнительно новыми измерительными преобразователями, которые имеют простую конструкцию чувствительного элемента -акустического волновода, обладают высокими метрологическими и эксплутационными характеристиками. Они устойчиво работают при повышенных механических, вибрационных, ударных воздействий, в широком диапазоне температур и агрессивных средах.

Наиболее широко МППД применяются в следующих технических системах: в элементах обратных связей электрических, пневматических и гидравлических приводов; в металлорежущих, деревообрабатывающих и других станках при высокоточной обработке деталей; в устройствах измерения уровня жидких сред; в системах измерения осевых смещений роторов электрических машин; в устройствах телеметрии и диагностики законов управления технических систем; в устройствах контроля параметров движений динамических систем.

Вопросам исследования, разработки, производства МППД посвящено большое количество монографий, научных статей, патентов и авторских свидетельств [1 - 9]. К магнитострикционным преобразователям параметров движений предъявляются высокие требования по обеспечению его нормального функционирования в современных СУ в течение гарантийного срока в нормальных и специальных условиях эксплуатации.

Для реализации этих задач требуется создание широкой номенклатуры МППД под конкретную техническую систему, а это в свою очередь требует совершенствование составных частей преобразователя и в первую очередь акустического волновода, изготовленного из специальных ферромагнитных магнитострик-ционных материалов. В процессе измерения физических параметров движений, волновод, будучи основным преобразующим элементом, определяет свойства всего преобразователя в целом.

Выделим параметры и характеристики материалов ЦАВ, обусловливающие эксплуатационные и метрологические свойства МППД: физико-механические; электрические; магнитные. Параметры материалов акустического волновода, за исключением намагниченности насыщенияJ и точки Кюри, весьма чувствительны к химическому составу материала, наличию примесей и технологии изготовления. Поэтому с целью достижения экстремально высоких магнитоупругих свойств могут быть использованы различные виды плавок в индукционных печах в условиях вакуума и технологий термомеханических обработок.

Свойства магнитострикционных материалов, непосредственно вытекающие из особенностей МППД как целостной системы элементов, характеризуются рядом параметров, к которым относятся магнитострикцион-ная постоянная а, магнитострикционная постоянная чувствительности Л, коэффициент магнитомеханической связи Амм[10] и др.

В 1983 г. в издательстве «Металлургия» вышел в свет справочник «Прецизионные сплавы» под редакцией д.т.н. Б. В. Молотилова, в котором наиболее полно отражены сведения о выпускаемых прецизионных магнитных материалах [11] . Однако в справочнике приведены только типовые максимально и минимально допустимые характеристики сплавов, измеренные при намагничивании в статическом режиме. В нем отсутствуют сведения о динамических характеристиках магнитострикционных материалов, которые определяют эффективность магнитомеханических и механомагнитных преобразований в волноводных трактах МППД, электромеханических фильтрах и ультразвуковых линиях задержки.

Кроме того, за время, прошедшее после издания справочника, появились новые пьезомагнитные и магнитострикционные материалы. Сведения о них содержатся в различных научных отчетах, статьях и диссертациях, и в настоящее время не систематизированы.

Цель создания справочника - систематизация сведений о принципах построения МППД и их волноводных трактах, о параметрах и характеристиках современных отечественных и зарубежных пьезомагнитных материалов, формулирование требований к магнитострикционным материалам волноводов МППД и разработка рекомендаций по их выбору и применению.

В справочнике дана классификация и указаны области применения прецизионных сплавов. Обобщен и систематизирован обширный материал о химическом составе, сортаменте, магнитных и физических свойствах, структуре, характеристиках прецизионных сплавов: магнитомягких, магнитотвердых, сплавов сопротивления, с особыми тепловыми и упругими свойствами, сверхпроводящих сплавов и термобиметаллов. Даны рекомендации по технологии термомеханической обработке, проверке основных магнитоупругих и магнитострикционных характеристик, обнаружению и локализации в материалах дефектной структуры.

ЛИТЕРАТУРА

1. Артемьев Э.А. и др. Научно-исследовательские работы на разработку магнитострикционного датчика линейных перемещений. (ДЛП «СТРУНА»)/ Отчет по НИР № 473-80 (заключительный). Инв. №

02830031185, № Гос. регистрации 80076847. Астрахань: АТИРП и Х, 1982. - 103 с.

2. Артемьев Э.А. Материалы для звукопроводов волноводных трактов магнитострикционных преобразователей перемещений. // Уч. пос. - Астрахань: АГТУ, 1997. - 93 с.

3. Прошкин В. Н. Конструкторско-технологические способы совершенствования магнитострикционных преобразователей линейных перемещений для специальных условий эксплуатации: дис...канд. техн. наук. - Астрахань, 2007. - 173 с.

4. Прошкин В. Н. и др. Исследование и проектирование элементов обратных связей систем управления динамическими стендами авиационных тренажеров // Надежность и качество. (II том): труды Межд. симпоз. - Пенза, ПГУ, 2009. - С. 421 - 423.

5. Демин С. Б. Информационные измерительные системы с использованием магнитострикционных приборов: дис.докт. техн. наук. - Пенза, 2003. - 443 с.

6. Надеев А. И. Магнитострикционный интеллектуальный преобразователь параметров движения. Монография / Астрахан.гос. техн. ун-т. - Астрахань, АГТУ, 1999. - 155 с. - деп. ВИНИТИ 22.07.99 №2385 - В99.

7. Ясовеев В. Х. Магнитострикционные волноводные преобразователи параметров движения (развитие теории, исследование технических возможностей, развитие научной базы для проектирования: дис.докт. техн. наук. - Уфа, 2002. - 425 с.

8. Web: htth: //www.temposonics.com.

9. Web: htth: //www.balluff.com.

10. Ультразвук. Маленькая энциклопедия / Под ред. И. В. Голяминой. - М.: Советская энциклопедия, 1979. - 400 с.

11. Прецизионные сплавы: Справочное издание / Под ред. д. т. н., проф. Б. В. Молотилова. - М.:

Металлургия, 1983. - 439 с.