Спосіб перетворення електромагнітної енергії в механічну

Реферат: Спосіб перетворення електромагнітної енергії в механічну, наприклад у ватметрі, що включає дію електромагнітної енергії НВЧ на перетворювач. Перетворювач виготовляють із сегнетоелектрика та діють на нього постійним електричним полем, яке забезпечує виникнення резонансу між векторами електричних моментів структурних частинок сегнетоелектрика та вектором просторово неоднорідної електричної напруженості електромагнітного поля НВЧ, чим орієнтують рух хаотично направлених електричних моментів доменів вздовж нього та в напрямку збільшення його неоднорідності. UA 112907 U (12) UA 112907 U UA 112907 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі вимірювальної техніки НВЧ і може бути використаний в зразкових (вимірювання потужності зводиться до вимірювання основних величин системи СІ) ватметрах НВЧ. Відомий спосіб перетворення електромагнітної енергій НВЧ в механічну, в процесі дії електромагнітної хвилі на перетворювач - металевий паралелепіпед, який реалізовано у пристрої (ватметр Калліна) за таким джерелом: Валитов Р.А. Хижняк Н.А. Жилков B.C. и др. Пондеромоторное действие електромагнитного поля (теория и приложения. Под ред. Р.А. Валитова. М., „Сов радио", 1975, 232 с. (С 10-12). Перетворювач розміщено в хвилеводі прямокутного перерізу. Перетворювач з лінійними розмірами значно меншими за довжину електромагнітної хвилі з'єднують з індикатором зміни механічної енергії за допомогою підвісної систем, наприклад кварцової нитки. Кварцова нитка одним кінцем з'єднана з крутильною головкою, а другий є вільно розміщеним у ємності з рідиною. Перетворення електромагнітної енергії в механічну відбувається наступним чином. Електромагнітна енергія створює електричні заряди на стінках хвилеводу. Заряд на кожній широкій стінці хвилеводу індукує заряд протилежного знака на найближчому боці перетворювача. В результаті цього на перетворювач діє обертальний момент сил, який надає йому додаткову механічну енергію. Вказаний спосіб має такі недоліки: - недостатні коефіцієнт корисної дії (ККД) перетворення та сила обертального моменту; - недостатня електрична міцність ватметра, яку забезпечує перетворювач. Цей недолік частково виправлено у відомому А.С СССР № 1571518, кл. G 01 R 21/04, 1990 г. "Преобразователь СВЧ-мощности", в якому реалізовано відомий спосіб перетворення електромагнітної енергії в механічну. Для цього запропоновано виготовлення перетворювача у вигляді порожнистого металевого тора з відношенням висоти до зовнішнього діаметра рівному 0,22. До недоліків слід віднести: - обмеженість сили обертального моменту через малий ККД перетворювача, що є причиною низької чутливості ватметра. При НВЧ-потужності, що дорівнює 1 Вт, на перетворювач діє -11 момент сил приблизно рівний 10 Нм. Отриманої перетворювачем механічної енергії недостатньо, щоб його повернути за умови, що підвісну систему ватметра закріпити з двох кінців; - непрацездатність цього ватметра за умови закріплення вільних кінців підвісної системи з двох кінців за допомогою розтяжок або кернів. Цей недолік зумовлює недостатню механічну міцність ватметра та обмежує його застосування в мережах передач електромагнітної енергії в промислових умовах. За кількістю спільних ознак - використання електромагнітної енергії як фактора дії на перетворювач для одержання механічної енергії - цей спосіб вибрано авторами за найближчий аналог. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу перетворення електромагнітної енергії НВЧ в механічну за рахунок створення узгодженого руху (резонансу) між обертальними рухами електричних моментів структурних частинок в речовині перетворювача та вектором просторово неоднорідної електричної напруженості електромагнітної хвилі НВЧ, що діє на нього та, як наслідок, підвищення ККД та сили обертального моменту. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб, який включає дію електромагнітної енергії НВЧ на перетворювач в якому згідно з корисною моделлю, перетворювач виготовляють із сегнетоелектрика та діють на нього постійним електричним полем, яке забезпечує виникнення резонансу між векторами електричних моментів структурних частинок сегнетоелектрика та вектором просторово неоднорідної електричної напруженості електричного поля НВЧ, чим орієнтують рух хаотично направлених електричних моментів доменів вздовж нього та набувають можливості руху в напрямку збільшення його неоднорідності. Спосіб працює наступним чином: сегнетоелектрик, з якого виготовлено перетворювач, складається із доменів, які мають електричні моменти, що хаотично орієнтовані в просторі за рахунок природної теплової енергії. Під дією зовнішнього постійного електричного поля хаотично направлені в просторі електричні моменти доменів (рі) отримають обертальний рух з постійною кутовою швидкістю (ωо) навколо вектора електричної напруженості постійного електричного поля усередині сегнетоелектрика (Ео). Залежність величин кутової швидкості обертання електричних моментів від величини постійного електричного поля можна представити наступними виразами: (ωо=γЕо; де γ - коефіцієнт пропорційності, Ео - напруженість постійного електричного поля усередині сегнетоелектрика. 1 UA 112907 U 5 10 15 20 25 30 Під дією неоднорідної електричної напруженості (E) електромагнітного поля НВЧ, перпендикулярної постійному електричному полю (Ео), електричні моменти доменів отримують момент сили (Mі=piE) для обертального руху в напрямку вектора електричної напруженості (E) та силу поступального руху в напрямку неоднорідності електромагнітного поля (Eі=grad(piE)). Моменти сил, що діють на електричні моменти доменів, узгодять їх обертальний рух з обертаючим вектором електричної напруженості НВЧ (явище резонансу) за умов рівності частоти електромагнітної хвилі (со) та частоти обертання електричних моментів доменів (ω о). При узгодженому обертанні векторів електричних моментів доменів всі вони будуть орієнтовані уздовж напрямку вектора електричної напруженості електромагнітного поля НВЧ, а сили, що на них діють, будуть орієнтовані не хаотично, а в напрямку збільшення електричної напруженості електромагнітного поля НВЧ. В момент узгодження обертального руху електричних моментів доменів збільшується величина сили з якою електромагнітне поле НВЧ діє на перетворювач та підвищується коефіцієнт корисної дії перетворювача електромагнітної енергії в механічну. Цієї сили достатньо для обертання підвісної системи, закріпленої з двох кінців на розтяжках або кернах у ватметрі. Використання сегнетоелектрика як матеріалу для перетворювача продиктовано його фізичними властивостями, а саме низькою електропровідністю та великою поляризацією. При здійсненні корисної моделі, що заявляється, досягається технічний результат, який полягає у наступному. Підвищено силу дії електромагнітної енергії НВЧ на перетворювач, що підсилює його ККД та чутливість ватметра як вимірювального пристрою. Це підвищення дозволяє розробляти ватметри НВЧ з достатньою механічною міцністю та надійністю для промислового застосовування. Підвищення механічної міцності ватметра та розширення галузі застосування. З рівня техніки авторам не відомо рішень, в яких для досягнення зазначеної вище задачі було використано сегнетоелектрик, а саме його фізичні властивості: - низька електропровідність у сполученні з великою поляризацією; - для підвищення сили використано явище резонансу (узгоджений рух), який виникає між векторами електричних моментів структурних частинок сегнетоелектрика та вектором просторово неоднорідної електричної напруженості електромагнітного поля НВЧ; - створено умови, за якими під дією сили електричного поля хаотично направлені електричні моменти доменів орієнтуються вздовж електричного поля НВЧ та набувають можливості руху в напрямку збільшення його неоднорідності. 35 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 Спосіб перетворення електромагнітної енергії в механічну, наприклад у ватметрі, що включає дію електромагнітної енергії НВЧ на перетворювач, який відрізняється тим, що перетворювач виготовляють із сегнетоелектрика та діють на нього постійним електричним полем, яке забезпечує виникнення резонансу між векторами електричних моментів структурних частинок сегнетоелектрика та вектором просторово неоднорідної електричної напруженості електромагнітного поля НВЧ, чим орієнтують рух хаотично направлених електричних моментів доменів вздовж нього та в напрямку збільшення його неоднорідності. 45 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2