Общие сведения

ИЗУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ УСТАНОВКИ

Цель работы: 1.Изучить электрическую схему высокочастотного генератора ультразвуковой установки, устройство и принцип работы преобразователя, ознакомиться с правилами настройки и обслуживания установки.

2. Исследовать работу установки и получить основные энергетические параметры.

Работу проводят на ультразвуковой экспериментальнойустановке, включающей генератор УЗГ-2,5А (рис. 2) и ванну УЗВ-15 с магнитострикционным преобразователем ПМС-6.

Рис. 1. Электрическая схема питания к установке УЗГ-2.5А:

ТV1 - автотрансформатор; EK - электродный подогреватель воды.

Установка оборудована измерителем ультразвука в жидкости, устройством для измерения расхода воды, охлаждающей преобразователь, погружным электродным подогревателем воды в ванне мощностью 2,5-3 кВт, дифференциальной термопарой с милливольтметром для измерения разности температур охлаждающей воды на выходе и входе в преобразователь.

Рис.2. Принципиальная электрическая схема ультразвукового генератора УЗГ-2,5А: L3 - генераторный триод; ИП - источник питания; L1, L2 - дроссели; TV1 - ТV3-трансформаторы; С1-С9- конденсаторы; ПМ- преобразователь магнитострикционный; L3- вариометр; R1 - резистор; R2 - потенциометр; VD1-VD4 - выпрямитель; SВ1, SВ2 - переключатели.

2. Программа работы и порядок выполнения

1. Изучить электрическую схему и конструкцию генератора, устройство и работу ванны и преобразователя, усвоить последовательность операций по вводу установки в работу, собрать схему питания (рис. 1), включить и настроить генератор на оптимальный режим работы.

2. Исследовать, построить и объяснить характер зависимостей анодного тока I_а, сеточного тока I_с и интенсивности ультразвука ΔР в ванне с водой от силы тока подмагничивания I_п.

3. Экспериментальным путем получить энергетические показатели установки: потери в преобразователе ΔР_пр, акустическую мощность Р_ак, мощность, потребляемая преобразователем "щ, элек­троакустический к. п. д. т], общий к. п. д. и коэффициент мощности cos ф установки.

4. Определить интенсивность очистки в ультразвуковом поле по скорости эрозии металлической пластины.

Исследования по п. 2 проводят при значениях тока подмагничивания, равных 0, 3, 6, 10, 15 А. Результаты измерений заносят в таблицу 1.

Таблица 1

Iп, А
Iа, А Iс, мА ΔР, Вт/см^2

Исследования по п. 3 проводят при номинальных значениях I_п и I_с. Измерения и расчеты заносят в таблицу 2.

Таблица 2

№	Измерения
питающая сеть	охлаждение преобразователя	нагрев воды ультразвуком
U, В	I, А	Рпотр, кВт	m, кг	Δt, ^оС	Δτ, с	t1, ^оС	t2, ^оС	τ, с

продолжение

Измерения	Вычисления
эквивалентный электрический нагрев воды	ΔРпр, кВт	Рак, кВт	р, кВт	ηэ.а.	η	cosγ
Uп, В	Iн, А	Iк, А	t1', ^оС	t2'', ^оС	τ, с

Здесь т – масса охлаждающей воды через преобразователь, поступившая в мерный бачок за время Δτ;

Δt – разность температуры охлаждающей воды на выходе и входе;

t_1, t₂ – начальная и конечная температура воды в ванне при озвучивании в течение τ секунд;

t₁', t₂' – то же, при эквивалентном нагреве воды погружным электроподогревателем за время τ' секунд;

U _u – напряжение, подводимое к подогревателю;

I_н, I_к – начальное и конечное значения тока подогревателя.

Потери в преобразователе определяют по изменению энтальпии охлаждающей воды

(1)

Акустическая мощность приближенно может быть определена по изменению энтальпии воды в ванне в предположении, что вся излучаемая преобразователем энергия ультразвукового поля поглощается водой и преобразуется в тепло. Для определения акустической мощности проводят два опыта.

1. Измеряют нагрев воды ультразвуковыми колебаниями. Воду при непрерывном перемешивании озвучивают в течение τ =120 с. При этом измеряют ее начальную t₁ и конечную t₂ температуру.

2. После окончания первого опыта воду из ванны сливают, ванну охлаждают и вновь заполняют до прежней отметки водой, имеющей начальную температуру t₁', возможно близкую к значению t₁. Затем при помощи электродного подогревателя нагревают воду до температуры t'₂. При помощи автотрансформатора подбирают такое напряжение U _u, чтобы время нагрева τ' и конечная температура t₂' были как можно ближе к значениям τ и t₂ в первом опыте.

В первом опыте электродный подогреватель также должен находиться в ванне, но в отключенном состоянии.

Опыты следует повторять не менее трех раз, для вычислений используют среднеарифметические значения измеренных величин.

При выполнении приведенных выше условий акустическая мощность преобразователя может быть приближенно принята равной

(2)

Другие параметры

(3)

(4)

Исследования по п. 4 проводят следующим образом. В ванну по центру излучателя на расстоянии 10 мм помещают пластину алюминия размером 80X50X5 мм, боковой поверхностью параллельно излучателю и выдерживают в течение 5 мин. До и после обработки пластину тщательно взвешивают на аналитических весах. Скорость эрозии, пропорциональная эффекту очистки деталей, определяется по формуле

(5)

где Δm – убыль массы образца, мг;

τ – время экспонирования, с;

F – боковая поверхность пластины, см².

Данные опыта заносят в таблицу 3.

Таблица 3

№	Измерения	Вычисления
m1, мг	m2, мг	τ, с	F, см^2	Δ m, мг	ωЭ, мг/(см^2∙с)

Здесь m₁и m₂ – масса пластины до и после взвешивания (перед взвешиванием пластина должна быть тщательно просушена).

3. Содержание отчета

1. Привести электрическую схему высокочастотного генератора ультразвуковой установки

2. Привести электрическую схему питания установки УЗГ-2.5А

3. Получить основные энергетические параметры высокочастотного генератора ультразвуковой установки.

4. Контрольные вопросы

1. Какова электрическая схема высокочастотного генератора ультразвуковой установки?

2. Какова электрическая схема питания к установке УЗГ-2.5А?

3. Каковы энергетические параметры высокочастотного генератора ультразвуковой установки?

4. Каков принцип работы преобразователя?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 19

Дата добавления: 2017-02-01