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超声波清洗技术

超声波清洗技术
  一、 被誉为现代清洗手段的超声波清洗技术,是利用超声波在液体介质中的空化效应,对液体介质所到之处拖把体内外表面进行清洗,具有优质、省力、高效和无污染等显著优点,在西方发达工业国家已得到了广泛应用,并且取得了很大的经济效益。我国也开始逐步推广使用这种新技术。
  微谱技术分析实验室利用丰富的超声波技术经验,采用国际一流的精密分析仪器,并结合了国外先进技术和电子元件,开发了一系列的超声波清洗剂分析技术。所使用的IGBT超声波电源自九十年代初在国内率先投入市场。同时这种超声波电源经过多年的不断完善,采用新的控制方法,使该技术在国内外技术领域达到领先水平,在汽车制造、电子设备、电镀、机械设备等行业得到了广泛的应用。并且这种电源功率可达数十千瓦以上,同时它的故障率低、性能稳定。
  本公司提供完善的技术咨询和技术服务。其中超声波电源清洗剂分析技术已被多家工厂企业采用。
  二、 超声波清洗原理
  超声波发生器产生的高于20KHZ的超音频电能,通过换能器转换成同频率机械振动机械振动传入清洗液,超声波疏密相间地向前传导,产生无数的微小气泡,这些气泡是在超声波纵向传播的负压区形成及生长,而在正压区迅速破裂。这种微小气泡的形成、生长、迅速破裂过程称为“空化效应”。在空化效应中气泡破裂后产生超过10000个大气压的瞬时高压,连续不断
  产生的瞬时高压就象一连串小爆炸不断地轰击物体表面,使物体表面污垢迅速脱落。
  当液体介质中传入一定强度的超声波时,被清洗物体的表面反复出现加压和减压产生空化效应,液体内出现微小空洞,当声波达到一定强度时,空洞会发生剧烈爆炸,产生强烈碰撞,压力达.5-50吨/平方厘米,具有很大的能量,使水分以超过10000G的加速度撞击被清洗物体的表面,将污物撞击下来,从而达到显著的清洗效果,并且这种效果可随液体到达被清洗物体的所有表面,这是手工洗刷,机械振动等常规手段所无法达到的。
  由于空化效应形成时会产生声波压力和热效应,故可对细菌,特别是链状细菌进行打击,达到杀菌消毒的作用。此外,超声波具有强烈的乳化作用,并能起到均匀搅拌、研磨粉碎和加速化学反应的作用。
  三、 应用
  鉴于上述原理,超声清洗可广泛地应用于各行各业,达到其它清洗手段难以达到的目的。其主要应用列举如下:
  (1)机械零部件的清洗(特别是精密零部件):轴承、油泵、油嘴,汽缸,机械手表芯和汽车部件(不拆卸清洗),纺织锭子,石油钻头的零部件(如齿轮,刀具和刃具)等。
  (2)光学零部件的清洗:光学器件、光学纤维等。
  (3)液压元件的清洗
  (4)机电元件的清洗及处理:触头、半导体管座、高性能电器接头等。
  (5)半导体芯片清洗
  (6)印刷电路板的清洗
  (7)金属制品的表面处理(如除锈,除油,磷化,钝化等)
  (8)各种玻璃瓶子及器皿的清洗
  (9)过滤器的清洗
  (10)各种印章的清洗
  (11)贵重金属的清洗
  (12)镀前处理
  (13)消除高级绘图笔的笔头堵塞
  (14)玉器加工后的清洁处理
  (15)材料的分散、超精细处理
  (16)电炉丝冷拔后的表面处理
  (17)餐具清洗
  (18)尼龙喷丝板的梳孔清洗
  (19)蓄电池橡胶隔板的梳孔清洁处理
  (20)柴油和水的乳化
  (21)溶剂的均匀混合
  (22)酒的陈化处理
  (23)种子的超声浮选
  因此,超声技术广泛用于机械电子行业、冶金加工、食品加工、医疗卫生轻工纺织、艺术美术、印刷行业、橡胶行业、医药及家庭领域。此外,超声技术还可用于焊接、金属和宝石的钻孔、金属切削和研磨等加工过程,具有广泛的应用前景。
  四、 产品技术分析
  1、 超声电源的发展
  六十年代初,我国就开始研制各种功率的超声波发生器(超声电源),到目前为止,超声电源经历了以电子管,晶闸管,晶体三极管,VMOS和IGBT为开关元件的发展过程。我国电子管组成的发生器在七十年代已形成。但这种电源的设备电能的利用率极低,电源成本高,体积大。七十年代以后到八十年代初晶闸管电路的发生器开始投入使用,这种电源与电子管电源相比其效率有了很大提高,体积和重量有所下降。但由于受开关速度的限制和晶闸管开关特性的影响,这种电源一般工作在20KHZ以下,电源的成本也较高,体积大,工作效率仍然不是很理想。目前仍然有许多公司家生产和使用上述电源。
  为了减小上述电源的不足,人们广泛开始研制和使用VMOS电源,和晶体三管电源相比,VMOS单极型开关管开关速度很高,驱动功率小,由于管子的制造工艺结构限制,其中单管的导通电流较小,耐压较低,抗冲击电流和冲击电压能力较差。晶体三极管的驱动功率较大,采用大功率复合三极管其开关速度会大大降低,这种复合三极管一般只能在20KHZ以下使用。因此,VMOS管和晶体三极管一般适和用于较小的清洗机电源。
  针对上述特点,我们采用了一种开关速度快、导通电流大、耐压高、抗冲击能力强、驱动功率小的新型IGBT器件,并结和现代控制技术率先研制出大功率、系列化超声波电源,使产品的性能有了很大的提高,成本大幅度下降。同时解决了换能器阻抗变化、中心频率漂移等所带来的疑难问题,成为超声电源的更新时代产品。
  2、 产品结构
  超声波清洗机主要由清洗槽和超声电源两部分组成,由电缆联结。对于槽式清洗机清洗槽的下面装有换能器;对于浸入式的清洗机,换能器密封在不锈钢盒内。换能器将电源送来的电能转换为机械波,达到清洗的目的。
  (1) 清洗槽:采用SUS304或316L不锈钢,也可根据具体清洗工艺要求选用特种不锈钢氩气保护焊接,必须保证绝对不漏水。
  (2) 换能器:采用特种锆酸钛铅压电陶瓷片及金属压块组合成的振头,具有效率高、寿命长、不易损坏等优点,粘接剂选用耐高温、耐振动、高强度的树脂胶以防脱落。
  (3) 超声波发生器:电路结构完善,机箱面板装有电源开关,过载指示,电表等。可根据用户需求,配置数字定时器,加装数字功率指示器和功率调节电路。
  3、 技术特点
  ECP系列型超声波电源作为一种新型技术产品,其主电路工作于匹配谐振状态
  电源具有以下特点:
  (1) 电路很容易同各种频率和不同阻抗特性的压电陶瓷换能器匹配
  (2) 工作频率范围宽
  (3) 单机功率大,可达数千瓦以上
  (4) 电源输入电压为单相220V或三相380V。大功率时采用380V输入电压可保证三相电网的平衡。
  (5) 便于模块化设计。数十千瓦以上的清洗机可由数百瓦或数千瓦的功率单元组成,这样有利于换能器的优化组和,保证换能器都工作在最佳状态;同时每个功率模块都有自身的保护和跟踪系统,若一个单元出现故障,其他单元仍能正常工作损坏的单元容易更换,便于维修。
  (6) 每个IGBT单元可进行快速过流保护,有效地保护开关管,使其避免损坏。
  (7) 具有频率反馈电路和功率反馈电路,可调节、锁定电路和电压相位关系,避免负载阻抗随环境温度、水位等因素变化而引起的较大功率波动。
  (8) 电源具有限定最大功率和最大电流的能力,从而降低电源的故障率。
  (9) 可实现功率调节。
  (10) 具有软起动和欠压保护功能。
  (11) 具有快速过载保护和输出短路保护功能。
  (12) 电源体积小,重量轻。
  (13) 电源效率高。
  (14) 电源不仅能够用于超声清洗,而且还可用于其它超声波应用领域,如超声波焊接、超声波打孔、超声波细胞粉碎等。
  超声波换能器:采用夹心结构,胶粘加压组成,使换能器形成一体,工作稳定可靠。
  4、超声波清洗的主要参数:
  频率:≥20KHz
  清洗介质:采用超声波清洗,一般两类清洗剂:化学溶剂、水基清洗剂等。
  清洗介质的化学作用,可以加速超声波清洗效果,超声波清洗是物理作用,两种作用相结合,以对物件进行充分、彻底的清洗。
  功率密度:功率密度=发射功率(W)/发射面积(cm2)通常≥0.3W/cm2,超声波的功率密度越高,空化效果越强,速度越快,清洗效果越好。但对于精密的、表面光洁度甚高的物件,采用长时间的高功率密度清洗会对物件表面产生“空化”腐蚀。
  超声波频率:超声波频率越低,在液体中产生的空化越容易,产生的力度大,作用也越强,适用于工件(粗、脏)初洗。频率高则超声波方向性强,适用于精细的物件清洗。
  清洗温度:一般来说,超声波在30℃-40℃时的空化效果最好。清洗剂则温度越高,作用越显著。通常实际应用超声波时,采用50℃-70℃的工作温度。

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