Самодельный ультразвуковой динамик. Ультразвуковая пушка. Модель с двойной обмоткой

03.07.2023

Общие сведения

Если еще сравнительно недавно, очистка ультразвуком была чем-то из разряда фантастики, то сегодня бытовые приборы, работающие по этому принципу, приобретаются за небольшие деньги в небезызвестном китайском онлайн магазине. Впрочем, несмотря на то, что цена прибора доступна многим, можно попробовать собрать его самостоятельно.

Уверен, тема статьи будет интересна не только тем читателям, которые любят что-либо собрать своими руками, но и тем людям, которые до сих пор не определились с тем, нужен им прибор для ультразвуковой очистки или нет.

Все, что нужно знать о УЗ-ваннах

В большинстве мастерских, занятых ремонтом ювелирных украшений, мобильных телефонов и прочей бытовой электроники наверняка есть ультразвуковая ванна, с помощью которой можно без особых усилий отмыть те или иные загрязнения.

В сравнении с механическим способом удаления загрязнений, применение ультразвуковых ванн обеспечивает следующие преимущества:

Быстрое удаление загрязнений без необходимости что-либо мыть своими руками;
Удаление грязи из труднодоступных мест (особенно актуально для печатных плат и ювелирных украшений со сложной конфигурацией;
Отсутствие механических повреждений после окончания чистки.

Сфера применения прибора распространяется на такие области, как:

Ювелирные и реставрационные мастерские;
Мастерские по ремонту бытовых электроприборов;
Химические лаборатории и медицинские учреждения, где есть необходимость в тщательной очистке инструмента;
Мастерские по ремонту автотранспортных средств, где есть необходимость в тщательной очистке отдельных механизмов, узлов в сборе, аппаратуры и т.п.

Ультразвуковые ванны (далее по тексту УЗ-ванны) работают по принципу кавитации звукового давления, которое образуется в жидкой среде под действием ультразвука. То есть, в жидкости образуется большое количество гравитационных воздушных пузырьков и при их лопании возникает эффект звукового давления.

Чтобы было еще понятнее, каждый небольшой пузырёк воздуха лопаясь, создает эффект микровзрыва. Большое количество микровзрывов, пропорциональное количеству пузырьков в ванне создает давление, достаточное для отшелушивания частиц грязи, ржавчины и всего того, от чего вы бы хотели те или иные предметы.

Конструкция УЗ-ванны состоит из следующих компонентов:

Металлическая ёмкость, изготовленная из нержавеющей ;

Сфера применения прибора, в первую очередь, определяется размерами металлической ванны. Например, для очистки печатных плат чаще всего используются приборы с объемом до 1 литра. Для других нужд применяются более вместительные ванны.

Электронный ультразвуковой генератор – служит источником вибраций;
Излучатель – преобразовывает электрические колебания в механические и передает их на стенки емкости;
Блок управления, с которого задаются параметры режимов и продолжительности очистки.

Что использовать в качестве моющего средства

Нужно понимать, что УЗ-ванна, сама по себе, не моет, а всего лишь усиливает действие применённого растворителя. Поэтому так важно правильно подобрать ту жидкость для ультразвуковой ванны, которая будет соответствовать типу загрязнения.

Ни в коем случае нельзя включать пустую или полупустую ванну. Уровень жидкости должен составлять не менее 2/3 от высоты борта емкости. При меньшем уровне напряжение на генераторе резко увеличивается и в результате может потребоваться ремонт прибора.

Производители ультразвуковых ванн рекомендуют наливать в емкость специальные жидкости, такие как Zestron FA+, Flux-off, Solins-us и т.п. На практике покупатели приборов используют самые разные средства, начиная с дистиллированной воды и заканчивая растворителем уайт-спирит.

Чтобы добиться максимально возможного качества очистки металлических и полимерных предметов от различных загрязнений, могу посоветовать следующие средства: дистиллированная вода, бензин «калоша», любые спиртосодержащие средства для мытья стекол, ацетон (только для металлических предметов).

Если предполагается отмывать металлические предметы от ржавчины, рекомендую в качестве моющей жидкости использовать водный раствор ортофосфорной кислоты или преобразователь ржавчины.

В инструкции прибора указано то, что применение легковоспламеняющихся веществ в качестве моющих жидкостей запрещено. Это объясняется тем, что металлическая ёмкость в процессе работы устройства нагревается. Для того, чтобы применять ацетон или бензин, советую устанавливать режим небольшой длительности, в течении которого ванна не успеет нагреться.

Как собрать ультразвуковую мойку самому

Чтобы собрать ультразвуковую ванну своими руками, помимо деталей, указанных на схеме, понадобится следующее:

К сведению – миска для столовых изготовлена из тонкой нержавейки и стоит не больше 100 руб.

Ванночка до литра из нержавеющей стали – чем легче, тем лучше;
Отрезок пластиковой трубы или другая конструкция – для использования в качестве подставки под емкость;
Блок питания на 12 В;

Ферритовый стержень – подойдет интегрированная антенна из радиоприемника;
Ультразвуковой излучатель – мощность 80 Вт
Эпоксидный клей.

Инструкция сборки следующая:

Делаем дроссель – на ферритовый стержень наматываем 20 витков мягкой медной проволоки с диаметром 1-1,5 мм;

Делаем дроссель по питанию – можно использовать готовый из старого компьютерного блока питания;

Ультразвуковой излучатель приклеиваем к дну металлической ёмкости, располагая строго по центру;
В соответствии с монтажной схемой, паяем плату;
В соответствии со схемой, собираем цепь;

Блок питания (выходной трансформатор) подключаем к обмотке на 5 В.

Как проверить эффективность ванны?

В качестве теста можно что-нибудь очистить от грязи, но это займёт много времени. Для быстрого теста эффективности опустите в ванночку кусок тонкой фольги. Если прибор собран правильно, фольга на местах сгиба будет буквально растворяться.

Заключение

Теперь вы знаете, что такое УЗ ванна, как она работает и для чего ее можно применить. Кроме того, мы рассмотрели простую монтажную схему, по которой можно собрать рабочий прибор для бытовой эксплуатации.

Ультразвук - это не слышимые человеком упругие акустические волны, частота которых превышает 20 кГц. Принято различать низкочастотные (20…100 кГц), среднечастотные (0.1… 10 МГц) и высокочастотные (более 10 МГц) ультразвуковые колебания. Несмотря на кил мегагерцы, ультразвуковые волны не следует путать с радиоволнами и радиочастотами. Это абсолютно разные вещи!

По своей физической природе ультразвук ничем не отличается от обычного слышимого звука. Частотная граница между звуковыми и ультразвуковыми волнами условна, она определяется субъективными свойствами человеческого слуха. Для справки, колебания высокой частоты хорошо чувствуют животные (в том числе и домашние), а для летучих мышей и дельфинов они являются жизненно важными.

Ультразвук, благодаря малой длине волны, хорошо распространяется в жидкостях и твёрдых телах. Например, ультразвуковые волны в воде затухают примерно в 1000 раз меньше, чем в воздухе. Отсюда следуют основные сферы их применения: гидролокация, неразрушающий контроль изделий, «звуковидение», молекулярная и квантовая акустика.

Для генерации ультразвуковых колебаний используют следующие виды излучателей (англ. «ultrasonic transducer»):

Пьезокерамические (piezo);

Электростатические (electrostatic);

Электромагнитные (electromagnetic).

Для последнего варианта годятся даже обычные высокочастотные звуковые громкоговорители (на сленге «пищалки»), которые имеют достаточный КПД для генерации сигналов в ближнем ультразвуковом диапазоне 20…40 кГц.

Пьезокерамические ультразвуковые излучатели (Табл. 2.10) выпускаются, как правило, в паре с согласованными по частоте пьезо приёмниками. Типовые параметры «ультразвукового тандема»: частота резонанса 37…45 кГц, уровень звукового давления на расстоянии 30 см - 95…105 дБ(А), рабочее напряжение 12…60 В, ёмкость 1000…3000 пФ, выходной импеданс передатчика 200…500 Ом, входной импеданс приёмника 10…30 кОм.

Таблица 2.10. Параметры ультразвуковых излучателей

На обкладки ультразвуковых пьезоизлучателей рекомендуется подавать не однополярные, а разнополярные импульсы, т.е. в паузах формировать напряжение обратной полярности. Это способствует ускоренному разряду эквивалентной ёмкости излучателя и повышению быстродействия.

На Рис. 2.53, а…л приведены схемы подключения ультразвуковых излучателей к MK. Для формирования разнополярных импульсов широко используются транзисторные мосты и разделительные трансформаторы. Если снизить частоту генерации, то приведенные схемы подойдут «один к одному» и для слышимого диапазона, т.е. для рассмотренных ранее звуковых пьезокерамических излучателей.

Рис. 2.53. Схемы подключения ультразвуковых излучателей к MK (начало):

а) сглаживание формы сигнала, подаваемого на ультразвуковой излучатель BQ1, с помощью катушки индуктивности L1. Резистором R1 регулируется амплитуда;

б) транзисторы VT1, VT2 попеременно открываются короткими импульсами от MK. Для надёжности следует выбирать транзисторы с большим допустимым коллекторным током, чтобы они не вышли из строя при низком омическом сопротивлении катушки индуктивности L1\

в) конденсатор C1 дифференцирует сигнал и устраняет постоянную составляющую, что позволяет подключить ультразвуковой пьезоизлучатель BQ1 к двухполярному источнику питания;

г) маломощный ультразвуковой приёмопередатчик. Делитель R1, R2 определяет рабочую точку АЦП MK при приёме сигнала и амплитуду выходных импульсов при передаче сигнала;

д) приёмопередатчик ультразвукового дальномера. Частота импульсов 36…465 кГц, напряжение на излучателе BQ1 50…100 В (максимум подбирается конденсатором C3). Диоды VD1, VD2 ограничивают сигнал для приёмника. Трансформатор 77 содержит в обмотках I, II по 15 витков провода ПЭВ-0.3, в обмотке III - 100…200 витков ПЭВ-0.08 (кольцо M2000HM K10x6x5); О

О Рис. 2.53. Схемы подключения ультразвуковых излучателей к MK (продолжение):

е) применение логической микросхемы DD1 аппаратно устраняет одновременное открывание транзисторов одного плеча. Импульсные помехи, возникающие в цепи питания из-за неодновременного переключения инверторов DD1.l…DD13 и разброса ВАХ транзисторов, устраняются фильтром L /, C1. Диоды VD1… VD4ставятся в случае замены звукового ВЧ-динамика BA1 (10ГД-35, 6ГД-13, 6ГДВ-4) более мощным ультразвуковым пьезоизлучателем;

ж) увеличение мощности излучателя BQ1 с помощью удвоителя напряжения на микросхеме DD1 и повышенного питания +9…+ 12 В. Транзистор VT1 согласует логические уровни;

з) увеличение амплитуды напряжения на излучателе BQJ происходит ввиду повышенного напряжения питания +9 В и накопления энергии в дросселе L1\

и) полевые транзисторы K77, VT2 (замена IRF7831) снижают потери энергии при коммутации. Резисторы R1, R2 не дают открываться транзисторам при рестарте MK; О

О Рис. 2.53. Схемы подключения ультразвуковых излучателей к MK (окончание):

к) ультразвуковой эхолокатор работает на частоте 40 кГц и генерирует импульсы длительностью 0.4 мс. Амплитуда сигнала на пьезоизлучателе BQ1 (фирма Murata) достигает 160 В. Индуктивность вторичной обмотки трансформатора T1 совместно с ёмкостью пьезоизлучателя BQ1 образует колебательный контур, настроенный на частоту, близкую к 40 кГц. Индуктивность первичной обмотки трансформатора T1 - 7.1 МК Гн, вторичной - 146 МК Гн, добротность Q > 80;

л) ультразвуковой гидроионизатор работает на частоте 1.8…2 МГц. Трансформатор T1 наматывается на трёх сердечниках 50BH K20x 10×5. Обмотки I и II содержат по 4 витка сложенного втрое провода ПЭВ-0.3, обмотка III - 12 витков провода ПЭВ-0.3. Катушка L1 содержит 5 витков провода ПЭВ-0.8 на оправке диаметром 8 мм с шагом 1 мм. Излучатель BQ1 имеет диаметр 30 мм (пьезокерамика ЦТС). Резистором R1 снижаются выбросы напряжения на стоке VT1.

Очистить предметы от ржавчины, грязи, налета поможет ультразвуковая ванна, изготовить которую можно своими руками. Для этого необходимо иметь определенное количество материалов и строго следовать правилам технологии изготовления прибора. Это достаточно простое устройство, позволяющее быстро и эффективно избавится от загрязнений на различных деталях, узлах и инструментах. Применяется прибор для изделий, чистка которых механическим способом категорически запрещается.

Что такое ультразвуковая ванна? Типы загрязнений

Ультразвуковая ванна представляет собой емкость, изготовленную из легированной стали, стандартного объема в 2 литра, что позволяет поместить туда единовременно несколько предметов небольшого размера. Для работы в условиях промышленного масштаба применяют ванны на 10 и 15 литров.

В основе работы устройства лежит воздействие на детали ультразвуком, частота колебаний которого превышает 18 кГц. После включения механизма жидкость, наливаемая в емкость, под действием генерации наполняется большим количеством пузырьков. Образовавшиеся молекулярные шарики воздуха плотно обволакивают погруженное изделие, притягивают грязь, лопаются под давлением. Использование такой технологии позволяет очистить самые недоступные для ручной обработки места. При этом не повреждается целостность поверхности и конструкции в целом.

Эффективно применение ультразвуковых ванн для удаления:

пленочных материалов;
защитных покрытий;
твердых налетов (нагаров, окислений, абразивных частиц).

При попадании в емкость любой элемент, покрытый плотным слоем коррозии, легко очищается от ржавчины.

В конструкцию ультразвуковых устройств входит три элемента. Излучатель является основным механизмом. Он преображает электрические колебания тока в механические, которые при попадании в жидкость воздействуют через стенки емкости на очищаемое изделие.

Излучатель работает в системе импульсной подачи, очень важно в перерывах между толчками следить за стабильностью условий. Весь проходящий процесс полностью контролируется. В зависимости от сложности загрязнения есть возможность установить нужное время, частоту и степень воздействия.

Качественная обработка деталей также зависит от исправности функционирования:

генератора частот – выступающего в качестве источника появления вибрации;
нагревательного элемента – поддерживающего постоянную температуру жидкости в 70 градусов.

Некоторые конструкции не предусматривают наличия последнего структурного компонента.

Область применения ультразвуковых ванн

Ультразвуковые ванные получили широкое применение во многих областях промышленности. Востребованность устройств обусловлена получением более действенного результата по сравнению с традиционными методами очистки.

Приборы активно эксплуатируются в следующих сферах:

медицине – для стерилизации хирургических и лабораторных инструментов;
ювелирном производстве – для очищения драгоценных металлов, потерявших привлекательность внешнего вида;
типографии и ремонте оргтехники – для промывки струйных элементов и печатных головок принтеров, плоттеров, МФУ;
машиностроении – для удаления загрязнений с крупногабаритных деталей и узлов;
химической промышленности – для ускорения реакционных процессов, при смешивании жидких растворов.

Сотрудники автосервисов используют ультразвуковую ванну при промывке инжекторов, карбюраторов, фильтров, форсунок. При ремонте компьютерной техники и мобильных телефонов такие приборы зарекомендовали себя как наиболее эффективные механизмы. Их применяют для удаления флюсовых наростов с мельчайших деталей. Целесообразно удалять налет со всех видов смесителей для ванной , металлических креплений к ним.

Преимущества применения

Если сравнивать с другими устройствами, схема ультразвуковой ванны, которая может быть составлена при условии знания базовых азов физики и электроники, имеет ряд преимуществ. Прибор достаточно прост в эксплуатации, для работы требуется просто наполнить емкость специальной жидкостью и можно начать процесс очистки.

Качественный эффект достигается за счет:

высокой степени устранения загрязнений даже в труднодоступных местах;
хороших показателей производительности – результат достигается через 2-3 мин нахождения детали в емкости;
отсутствия любых повреждений поверхностей по окончании процесса.

Очищение всех предметов осуществляется мягкими жидкими средствами, не имеющими в составе абразивных и агрессивных веществ. Поэтому целостность деталей остается невредимой.

Критерии выбора

Перед покупкой ультразвуковой ванны необходимо определиться с целями использования устройства. От этого будет зависеть не только объем емкости, но и цена прибора. Самые дорогие варианты для обработки крупных деталей могут быть оснащены системами автоматики и сенсорным управлением.

При выборе подходящего по функциям и характеристикам механизма следует учитывать наличие в конструкции нагревательного прибора. Он помогает достичь более качественного результата. При этом если в состав жидкости входит дезинфицирующие компоненты, необходимости в постоянной поддержке и нагревании температурных показателей нет. Также важно понять, каков будет размер изделий, требующих обработки. Чем крупнее элементы, тем больше должна быть емкость ванны.

Для удобства пользования можно приобрести ультразвуковой прибор, оснащенный таймером. Стоит такой вариант немного дороже, но позволяет контролировать и задавать определенное время на выполнении процедуры.

Стоит отметить: в процессе эксплуатации специалисты рекомендуют использовать специальные корзины, стаканы. При погружении это обеспечит надежную защиту емкости от механических повреждений.

Материалы для изготовления ультразвуковой ванны своими руками

Ультразвуковую ванну можно купить или собрать своими руками. Чтобы самостоятельно сконструировать устройство для очистки, необходимо определиться со списком материалов и тщательно изучить технологию изготовления, которая показана на многих видео в интернете. Для монтажа устройства понадобятся:

емкость или любой каркас из нержавеющей стали, служащий основой для погружения изделий;
небольшая трубка из прочной пластмассы или стекла;
нанос для подачи жидкости в тару;
магнит круглой формы (можно снять со старых динамиков);
катушка со стержнем из феррита;
керамический или фарфоровый сосуд;
трансформатор импульсного типа.

Также необходима жидкость для ультразвуковой ванны, которая в дальнейшем будет использоваться.

Технология изготовления

При наличии всех деталей и материалов можно приступать к процессу изготовления. Работа начинается с наматывания катушки на стеклянную или пластмассовую трубку. При этом ферритовый стержень должен свободно свисать, его не требуется жестко фиксировать. К концу стрежня крепится магнит. В результате работы получается конструкция магнитострикционного преобразователя или излучателя.

На дне керамического или фарфорового сосуда сверлятся отверстия. Они необходимы для вставки заранее изготовленного излучателя. После этого сосуд фиксируется в емкости. Далее необходимо прикрепить трубы для подачи и слива жидкости.

Стоит отметить: раствор для ультразвуковых ванн поступает лучше и быстрее при наличии встроенного насоса.

Импульсный трансформатор обеспечивает более эффективное функционирование прибора за счет поднятия напряжения. Прибор можно достать из старого телевизора или компьютера.

После сборки приступают к экспериментальному запуску устройства. В случае обнаружения неисправности могут быть устранены сразу. При этом нужно учитывать следующие правила:

перед запуском осуществить внешний осмотр прибора;
нельзя работать с агрегатом при отсутствии жидкости – это может привести к разрыву стрежня на куски;
запрещено трогать руками изделия, находящие в сосуде в процессе очищения.

Ультразвук требует крайне осторожно обращения при соблюдении правил электрической и пожарной безопасности.

Лечебный факультет

1 курс

1 семестр

1 поток

Лекция № 5

«Ультразвук»

Составил: Бабенко Н.И.

2010 г.

Ультразвук и его получение. Излучатели ультразвука.

Ультразвук - это механические колебания, частотой свыше 20 000 Гц, которые распространяются в упругих средах в виде продольных волн. Источники ультразвука бывают:

1. Естественные:

2. Искусственные:

акустикомеханические преобразователи;

электроакустические преобразователи (пьезоэлектрические, магнитострикционные).

Естественные источники ультразвука - это источники не созданные руками человека и самостоятельно существующие в природе.

Живые источники: кузнечики, сверчки, рыбы, летучие мыши, дельфины. Неживые источники: ветер, обвалы в горах, землетрясения.

Искусственные источники ультразвука называются акустическими преобразователями, т. к. они преобразуют механическую или электрическую энергию в энергию ультразвуковых колебаний.

Акустикомеханические преобразователи - это такие преобразователи, в которых ультразвуковые колебания возникают при прерывании потока жидкости или газа. Примеры: свисток Гальтона, ультразвуковая сирена.

Электроакустические преобразователи - это такие преобразователи, в которых ультразвуковые колебания возникают при действии на некоторые вещества переменных электрических или магнитных полей.

Пьезоэлектрические преобразователи (пьезо - давлю) - такие преобразователи, которые для получения ультразвука используют явление обратного пьезоэффекта.

Пьезоэффект бывает прямой и обратный.

Прямой пьезоэффект заключается в появлении на поверхности некоторых кристаллов (пьезодиэлектриков) зарядов под действием механического напряжения (сжатие, растяжение, изгиб). Рис.1.

При прямом пьезоэффекте:

величина заряда на поверхности пропорциональна приложенному механическому напряжению;

знак заряда определяется направлением механического воздействия.

нет воздействия сжатие растяжение

Обратный пьезоэффект - это явление изменения размеров (деформации) диэлектрика при его помещении в переменное электрическое поле.

Вещества с выраженными пьезоэлектрическими свойствами называются пьезоэлектриками или пьезодиэлектриками: сегнетова соль, титанат бария, кварц.

Магнитострикционные преобразователи - это такие преобразователи, которые для получения ультразвука используют явление магнитострикции. Магнитострикция - это явление изменения форм (размеров) некоторых ферромагнитных веществ под действием переменного магнитного поля.

К этим веществам относятся:

Никель и его сплавы;

Кобальт и его сплавы;

Ферриты - керамические соединения на основе оксидов железа, никеля, цинка.

Вещество в виде стержня помещают внутрь катушки. При подключении катушки к источнику переменного электрического напряжения ультразвуковой частоты, электрический ток воздействует на стержень своей магнитной составляющей и вызывает его деформацию (удлинение) с частотой тока. Рис.2

Погружной ультразвуковой преобразователь это устройство, предназначенное для передачи в жидкую среду ультразвуковых колебаний, содержащие герметичный корпус с диафрагмой, являющейся частью поверхности этого корпуса, внутри которого расположены и закреплены на диафрагме пьезоэлектрические излучатели, электроды, которых электрически соединены с высокочастотным кабелем, служащим для подачи на пьезоэлектрические излучатели высокочастотного электрического напряжения от генератора ультразвуковой частоты.

Используется для возбуждения в жидкой моющей среде ультразвуковой кавитации, обеспечивающей интенсификацию процессов очистки деталей от загрязнений. Применяются в ваннах для ультразвуковой очистки объемом свыше 50 л.

Рис.1 Погружной преобразователь
в У.З. ванне

Устройство ультразвукового погружного преобразователя схематично показана на рис.1.

Генератор подключается к сети 220 вольт 50 Гц и преобразует частоту напряжения до 25.000 гц (25 кГц) или 35 кГц. в зависимости от конструкции погружного преобразователя.

Высокочастотное напряжение подается по кабелю в герметичный корпус преобразователя, изготовленный из нержавеющей стали внутри которого смонтированы пьезоэлектрические излучатели, соединенные параллельно.

Рис.2 Устройство пьезоэлектрического излучателя

Пьезоэлектрический излучатель является основным узлом погружного ультразвукового преобразователя. Устройство этого излучателя показано на рис.2.

Излучатель имеет две пьезоэлектрических пластины (пьезоэлементы), расположенные между двумя металлическими накладками: стальной расположенной с задней стороны и алюминиевой - с передней.

Пьезоэлементы стянуты в одно целое с накладками посредством центрального болта. На центральный электрод, расположенный между пьезоэлементами, подается высокочастотное напряжение.

Пьезоэлектрический излучатель преобразует электрическую энергию в высокочастотные механические колебания, которые передаются диафрагме погружного преобразователя, от которой эти колебания передаются в моющую жидкость.

Количество пьезоэлектрических излучателей в погружном ультразвуковом преобразователе может составлять от 4-х до 11-ти и более штук.

Закрепляются пьезоэлектрические излучатели на диафрагме посредством клеевого соединения.

Рис.3 Погружной преобразователь

Общий вид ультразвукового погружного преобразователя с частично вырезанной задней крышкой показан на рис.3. Видно, что пьезоэлектрические излучатели расположены в несколько рядов по два в каждом ряду.

Погружные ультразвуковые преобразователи могут использоваться как в специально разработанных для них ваннах ультразвуковой очистки, так и в уже имеющихся у заказчика очистных ванны. Удобство этих преобразователей состоит в том, что они могут быть легко установлены в различные части объема ванны.

В отличие от ультразвуковых преобразователей, прочно прикрепленных к ванне очистки снизу или сбоку, погружные преобразователя могут быть заменены в течение нескольких минут.

Генератор для питания погружных преобразователей высокочастотным напряжением может располагаться от ультразвуковой ванны на расстоянии до 6 метров.

Способы монтажа погружных преобразователей в ванне ультразвуковой очистки

Погружные преобразователи могут быть размещены в ваннах для очистки тремя различными способами:

размещением преобразователя на дне ванны;
навешиванием на стенку ванны;
креплением преобразователя на стенке ванны.

Рис.4 Размещение преобразователя в УЗ ванне

Первые два способа не требуют выполнения отверстий в стенке ванны.

Некоторые виды крепления погружного преобразователя в ванне для ультразвуковой очистки показаны на рис.4.

При размещении преобразователя на дне ванны надо учитывать высоту слоя моющего раствора над диафрагмой преобразователя.

Следует стремиться к тому, чтобы высота этого слоя была бы кратна половины длины волны ультразвуковых колебаний, передаваемых в моющий раствор погружным преобразователем.

В этом случае за счет отражения волн ультразвуковых колебаний от границы вода-воздух в моющем растворе создается зона стоячих волн (явление реверберации). При реверберации ультразвуковых волн в жидкости эффективность ультразвуковой очистки несколько выше.

В качестве примера определим оптимальную высоту этого слоя для конкретного погружного преобразователя.

Известно, что скорость звука в воде составляет 1485 м/сек. Длина волны ультразвуковых колебаний равна частному от деления скорости звука на частоту этих колебаний.

Предположим что мы имеем погружной ультразвуковой излучатель частота колебаний диафрагмы которого составляет 25 000 гц (25 кГц). Длина волна в этом случае будет 0,0594 м. Половина длины волны равна 0,0297 м. или 2,97 см. Оптимальная высота жидкости в этом случае над поверхностью погружного преобразователя должна быть 2,97см x n где n-любое целое положительное число.

Рис.5 Стоячие волны в УЗ ванне

Например, для n=40 оптимальная высота уровня моющего раствора над поверхностью погружного преобразователя составит 2,97х40=118.8 см. Изложенное выше иллюстрируется рис.5.

Размещение погружных ультразвуковых преобразователей на стенках ванны очистки рекомендуется в том случае, когда ее глубина более чем в два раза меньше ее ширины или длины. При этом преобразователи могут размещаться как на одной стенке ванны так и на ее противоположных стенках.

На видеоролике показано размещение погружных преобразователей на боковых стенках ванны и работа погружных ультразвуковых преобразователей, размещенных на дне ванны.

Погружные преобразователи в работе

Выбор оптимальной частоты для погружного преобразователя

При распространении в жидкости ультразвуковых колебаний возникает явление, называемое кавитацией, под которой понимается образование в жидкости кавитационных полостей в фазе разряжения звуковой волны и последующее ее захлопывание в фазе сжатия.

Рис.6 Влияние частоты на уз кавитацию

Поведение кавитационных полостей при изменении частоты колебаний показано на графике на рис.6.

По оси ординат с левой стороны показана величина энергии выделяемой при захлопывании единичной кавитационной полости (энергия кавитации) а по оси ординат справа показано число кавитационных полостей в единице объема жидкости.

Как видно из графика с увеличением частоты ультразвуковых колебаний количество кавитационных полостей в жидкости увеличивается, а энергия кавитации уменьшается.

С понижением частоты ультразвуковых колебаний число кавитационных полостей в жидкости уменьшается, а энергия кавитации увеличивается.

При этом для каждой частоты ультразвуковых колебаний произведение энергии выделяемой кавитационной полостью при ее захлопывании на число этих пузырьков в жидкости является величиной постоянной примерно равной энергии передаваемой в жидкость ультразвуковым погружным преобразователем.

Подробно влияние частоты ультразвуковых колебаний на количество кавитационных полостей рассмотрено на сайте

Для практики важно, чтобы число кавитационных полостей было бы как можно больше, но при этом энергия кавитации должна быть достаточной для удаления загрязнений. Таким образом, для очистки деталей от загрязнений непрочно связанных с поверхностью (жиры, масла) следует применять преобразователи с частотой 35-40 кГц а для очистки деталей от загрязнений прочно связанных с поверхностью (полировальные пасты, лаковые и полимерные пленки) следует применять погружные преобразователи с более низкой частотой 20-25 кГц.

сменить рисунок

Рис.7 УЗ ванна с преобразователями разной частоты

Наиболее оптимальным решением является создание таких уcловий, когда чиcло кавитационных полостей было бы велико и при этом энергия кавитации также была бы большой.

Эти условия реализуются в ванне ультразвуковой очистки с погружными преобразователями, расположенными на ее стенках, как показано на рис.7. Другой вариант расположения погружных преобразователей можно увидеть, если подвести курсор к этому рисунку.

В этом случае применяются два преобразователя с разными частотами колебаний 25 и 35 кГц. Преобразователь с частотой в 35 кГц обеспечивает создание в объеме моющей жидкости большего количества кавитационных полостей, а преобразователь с частотой в 25 кГц увеличивает энергию кавитации этих полостей.

Оптимальное количество погружных преобразователей для ванны очистки

При определении числа необходимых погружных преобразователей надо исходить из того, что максимальная эффективность ультразвуковой очистки достигается при ультразвуковой мощности 10...30 ватт на 1 литр объема ванны.

Так например, для ванны объемом 50 литров достаточно двух преобразователей модели ПП25.8 (см.таблицу ниже).

Для больших по объему ванн ультразвуковой очистки, например свыше 250 литров, удовлетворительные результаты достигаются и при ультразвуковой мощности 4.5 ватт на 1 литр объема ванны. Например, для ванны объемом 1000 л достаточно 11 преобразователей модели ПП25.8

В настоящее время на отечественном рынке имеется много конструкций ультразвуковых погружных преобразователей.

В таблице приведены технические характеристики погружных ультразвуковых преобразователей компании ООО ТНЦ Техносоник (Москва).

В данной статье не рассмотрены полностью все аспекты конструкции и использования погружных ультразвуковых преобразователей. Однако представленный материал может быть полезен для специалистов перед которыми впервые поставлены конкретные задачи по выбору оптимального варианта ультразвуковой ванны для очистки изделий.