一.超聲波清洗機(jī)的原理及組成.
   超聲波清洗機(jī)主要由超聲波信號發(fā)生器換能器及清洗槽組成.超聲波信號發(fā)生器產(chǎn)生高頻振蕩信號,通過換能器轉(zhuǎn)換成每秒幾萬次的高頻機(jī)械振蕩,在清洗液(介質(zhì))中形成超聲波,以正壓和負(fù)壓高頻交替變化的方式在清洗液中疏密相間地向前輻射傳播,使清洗液中不斷產(chǎn)生無數(shù)微小氣泡并不斷破裂,這種現(xiàn)象稱之為“空化效應(yīng)”.氣泡破裂時可形成1000個大氣壓以上的瞬間高壓,產(chǎn)生一連串的爆炸釋放出巨大能量,對周圍形成巨大衝擊,從而對工件表面不斷進(jìn)行衝擊,使工作表面及縫隙中的污垢迅速剝落,從而達(dá)到工件表面淨(jìng)化的目的. 主要應(yīng)用于機(jī)械、電子、光學(xué)、醫(yī)藥、電鍍、涂裝及真空鍍膜前處理等行業(yè).特別適用于表面形狀復(fù)雜的零件,如對精密工件上的狹縫、凹槽、深孔、肓孔的清洗,同時能夠清洗掉零件表面油污、鏽蝕及氧化皮.特別對制藥行業(yè)各種玻璃制器及內(nèi)外科器械的清洗效果最為理想,不僅能達(dá)到清洗的目的,還能對玻璃器皿內(nèi)外壁附著的各種微生物、病菌起到粉碎作用,達(dá)到清洗消毒滅菌的作用. 影響超聲波清洗機(jī)效果的因素很多,主要有以下幾種: 超聲波功率密度:功率密度越高,空化效果越強(qiáng),清洗效果越好,清洗速度越快.對于難清洗的工件宜采用大功率密度,對于精密工件宜采用小功率密度.超聲波頻率:頻率越低,空化越好,頻率越高,折反射效果越好.對于簡單表面宜采用低頻,對于復(fù)雜表面及深孔盲孔宜采用高頻. (20KHz/28KHz/40KHz/80KHz/0.8MHz)清洗溫度:超聲波在40℃~50℃時空化最好.溫度越高,越有利于污物分解,但當(dāng)溫度達(dá)到70℃~80℃以后,便影響超聲波發(fā)揮作用,降低清洗效果.清洗時間:清洗時間越長效果越好,特殊材料除外.清洗溶液(介質(zhì))的種類:根據(jù)對象不同,選擇不同的參數(shù),以達(dá)到最好的清洗效果.
二.行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢:
   1.成本控制對業(yè)內(nèi)的影響:
隨著工業(yè)化的全面發(fā)展,業(yè)內(nèi)對超聲波清洗機(jī)的要求也越來越高,用途也越來越廣泛.國內(nèi)超音波公司也得到了可觀的發(fā)展.其在成本控制上也獲得了較大的進(jìn)展.可以說,超聲波清洗已經(jīng)從工業(yè)用途急速向民用方向發(fā)展.
   2.國內(nèi)的産業(yè)結(jié)構(gòu)對行業(yè)的影響:
    隨著中國的産業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐的加快,以及區(qū)位優(yōu)勢的平衡和國家對第三世界市場的重視.一大批新興工業(yè)將在內(nèi)地城市興起.很多生産型企業(yè)遷往內(nèi)地城市以獲得更高附加值.據(jù)筆者了解,大多超音波廠家的客戶群分散於全國各地,這就為售後服務(wù)帶來了很大的難度.
    綜上所述,超聲波行業(yè)將在今後幾年有一個長足的發(fā)展,但是成本,性能與售後服務(wù)將是今後各超聲波公司賴以生存的三大條件.
三.超聲波信號發(fā)生器對超聲波清洗機(jī)的影響.
   1.目前的超聲波清洗機(jī)中,換能器及清洗槽技術(shù)相當(dāng)成熟.而發(fā)生器則成為制約其壽命及售後服務(wù)的關(guān)鍵因素.
   2.超聲波信號發(fā)生器目前存在的問題:
     A.輸出功率不穩(wěn)定,平均功率偏小.(比如一臺標(biāo)準(zhǔn)為3000W的機(jī)器,平均功率不足30%.)
     B.輸出沖擊電流大,容易損壞振子.
     C.頻率偏差大,對環(huán)境要求高.輸出功率隨環(huán)境彎化而彎化,使得其不易可控.
     D.振子老化後對功率影響大,一般兩三個月需要重調(diào)一次.使得售後服務(wù)變得非常麻煩.

綜上所述,發(fā)生器已經(jīng)成為超生波行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素.正確認(rèn)識和了解它的設(shè)計原理及各種方案的優(yōu)缺點就是至關(guān)重要的了.接下來筆者將對目前市面上的不同信號發(fā)生器的設(shè)計原理進(jìn)行剖析,對其優(yōu)劣性進(jìn)行類比.

   一.一個好的信號發(fā)生器必須具備的條件:
1. 輸出功率穩(wěn)定,輸出電流為幅度可調(diào)的純正弦波.如果電流波形失真,將對振子造成較大傷害.原因是失真的電流信號(非正弦波信號)將會對振子造成沖擊.或者引起其多次諧振,嚴(yán)重影響其使用壽命.
2. 輸出功率強(qiáng)勁,輸出平均功率與峰值功率幾乎相等.否則,則平均功率較小,或者峰值功率過大,前者則輸出功率不夠,後者則容易損壞振子.反之則需經(jīng)常調(diào)試.且元件自損耗嚴(yán)重,發(fā)熱量大,機(jī)器故障率高.
3. 開關(guān)頻率跟隨輸出儲能電感與振子的諧振頻率,使其能夠在不同條件下(水深,溫度,負(fù)載變化,振子老化)均能達(dá)到功率最大點,也就是裝機(jī)調(diào)試好後無須再調(diào).為售後服務(wù)供了必要的條件.
4. 機(jī)器轉(zhuǎn)換效率高,元件發(fā)熱量低.
5. 元件設(shè)計可靠性高,MTBF高.機(jī)器壽命方有充足保障.
6. 保護(hù)電路完善.
二. 信號發(fā)生器的主要電路架構(gòu)及其性能評估簡要.
目前市面上的發(fā)生器主要分為兩大類,其中一種是自激式.另一種為它激式.其中前者在前幾年應(yīng)用得較多,其缺點是機(jī)器笨重,控制電路比較麻煩,故障率高,常易炸機(jī)等問題.所以其大多已經(jīng)被淘汰.而另一種它激式又分為兩類,一種為可控硅整流式,另一類為PWM式.
1.可控硅整流式:
A. 可控硅整流式為目前使用最多之架構(gòu),其特點是線路簡單,成本低廉.但它限制了輸入電容的擴(kuò)大,而開關(guān)占空比以接近50%運(yùn)行.故其輸出電流會隨其輸入電壓的波動而産生極大的電流波動.輸出電流在輸入電壓為波峰時,沖擊非常大,而在波穀時,卻又只有很微小電流.如果在要保證其沖擊不會燒壞振子(不超過振子的額定功率)的情況下,則其輸出平均功率約等於峰值功率的1/3.14,如果想把平均功率提高,就意味著必須讓振子承受超過其額定功率的代價.所以,功率局限性是其最大的一個問題.
B. 輸出電流波形雜亂,對振子影響大,開機(jī)振子發(fā)熱現(xiàn)象嚴(yán)重.
C. 無追頻功能.功率衰減嚴(yán)重,一般兩三個月須重調(diào)一次.

2.PWM方式
A….PWM,是脈衝寬度調(diào)制的簡稱.它是目前開關(guān)電源應(yīng)用最為廣泛的一種架構(gòu).它不再對輸入電容進(jìn)行限制,因此允許有較大功率的輸出.輸出電壓與輸出電流的可控性非常好.但其應(yīng)用在超聲波電源上時,因為輸出電壓是一交流波形,故不能以二極管方式續(xù)流.所以,無縫續(xù)流電路是非常必要的.目前市面上的PWM機(jī)都沒有這個電路.它使得開關(guān)器件應(yīng)力非常高.儲能電感和變壓器等感性元件容易飽和.因此炸機(jī)率也比較高.同時,它還會引起輸出電流波形失真.振子壽命受到影響.
B.輸出電流波形雜亂,對振子影響大,開機(jī)振子發(fā)熱現(xiàn)象嚴(yán)重.
C.無追頻功能.功率衰減嚴(yán)重,一般兩三個月須重調(diào)一次.
由此,我們可以知道,一個好的超聲波信號發(fā)生器的功能實現(xiàn),可以以這種方式進(jìn)行;
A. 采用PWM架構(gòu),增加輸入電容.以增大輸出功率.並在輸入電壓在波峰與波穀之間變化時盡可能的使輸出電流平均,使平均功率接近於峰值功率.
B. 增加無縫續(xù)流技術(shù).
C. 增加自動頻率追蹤功能,使開關(guān)頻率使終等於後級LC諧振頻率.讓輸出功率隨時保持強(qiáng)勁.


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