Ultralydrensebad med nedsenkbare emittere. Oppgradert ultralydpistol "igla-m" Modifikasjoner for fiskeekkolodd

Oppfinnelsen angår ultralydteknologi, spesielt anordninger for intensivering av teknologiske prosesser i flytende medier, og kan brukes innen maskinteknikk, elektronisk, farmasøytisk industri, instrumentfremstilling og kjernekraftteknikk. Den ultrasoniske piezokeramiske transduseren inkluderer et hus med minst en emitter installert i det gjennomgående hullet til dens emitterende membran, hvis bølgeleder er koblet til huset ved hjelp av en sveisesøm, som i tillegg tjener som en demper for å dempe bøyningsvibrasjoner, mens for drift i korrosive medier er huset, emitteren og bølgelederen laget av titan. Og når flere emittere er installert i huset, velges avstanden mellom dem fortrinnsvis lik en fjerdedel av bølgelengden til ultralydvibrasjoner. Den foreslåtte oppfinnelsen forenkler utformingen av transduseren, øker effektiviteten til ultralydvibrasjoner når den opereres i aggressive medier, og sikrer pålitelig forsegling av huset mot lekkasjer av den sonikerte væsken. 4 c.p. fly, 4 dwg.

Tegninger til RF-patentet 2448782

Oppfinnelsen angår ultralydteknologi, nemlig anordninger for intensivering av teknologiske prosesser i flytende medier: delerrensing, ekstraksjon, etsing, impregnering, og kan brukes innen maskinteknikk, elektrisk, elektronisk, farmasøytisk industri, instrumentproduksjon og kjernekraftteknikk.

Det er kjent en rekke piezoelektriske ultralydtransdusere, hvor elementene for å forsegle deres indre anordning mot ytre påvirkning av et flytende medium er laget i form av fluorplast eller gummipakninger. Alle av dem har en felles ulempe: når de er installert i kraftige piezoelektriske transdusere, blir de ødelagt over tid av ultralyd, som et resultat av at det dannes væskelekkasjer inn i huset og emitterne svikter. (Se patent for bruksmodell av den russiske føderasjonen nr. 66700, B06B 1/06 "Ultrasonic piezokeramic transducer", publ. 10.11.2005, samt patent fra den russiske føderasjonen for oppfinnelse nr. 20090013, H04R 17/00 "Deviceee" for feste av en forsterket piezoelektrisk transduser", publisert . 10.09.1997 g.)

Derfor er alle slike omformere av begrenset bruk.

Også kjent er en nedsenkbar ultralydtransduser for sonikering av en væske i et bad, som inkluderer en piezoelektrisk plate, en membran og et element for å feste transduseren til badet. For å forsegle det indre hulrommet til transduseren mot væskelekkasje, brukes en O-ring installert i husets spor. For å dekke et større lydområde, kombineres flere transdusere i et bad på en rad. Men selv i denne omformeren er problemet med tetning ikke løst, siden det er mulig for væske å komme inn i husets indre hulrom på grunn av slitasje på tetningsringen og løsning av den gjengede forbindelsen. (Se RF-patent for oppfinnelse nr. 2009720, B06B 1/06 "Ultrasonisk høyfrekvent transduser for sonikering av en væske i et bad", publ. 30.03.1994)

Også kjent er en ultralyd piezokeramisk transduser for sonikering av en væske, som inneholder en strålepute, en piezopakke, en forsterkende pinne, en flens, en O-ring, en mutter, en pinne for å feste til badekaret, en akustisk avkoblingsmembran med et trinn og en demper. I dette tilfellet er flensen og membranens skulder stivt forbundet med hverandre ved sveising. Ytterligere forsegling utføres av en gummi- eller fluoroplastisk ring, som tiltrekkes til bunnen av badekaret ved å flytte mutteren langs tappen.

Demping mot bøyningsvibrasjoner er gitt av en plastring. (Se USSR forfattersertifikat nr. 1622025, B06B 1/06 "ultrasonic piezoceramic transducer for sounding liquid", publ. 23.01.1991)

Den største ulempen med denne utformingen er kompleksiteten til transduserens festepunkt til bunnen av badekaret; dessuten gir ikke gummi- eller fluorplastringen som brukes som tetning pålitelig langtidsforsegling av transduseren fra væsken det høres ut. , spesielt i tilfelle av en aggressiv løsning av syrer eller alkalier.

Også kjent er en ultrasonisk piezokeramisk transduser med en emitter installert på utsiden av bunnen av beholderen med et festeelement laget i form av en sveis og en gjenget forbindelse. (Se sertifikat for en nyttig modell av den russiske føderasjonen nr. 35250, IPC B06B 1/06, publ. 10.01.2004) Denne piezokeramiske ultralydtransduseren brukes i en enhet for å rense en væske, inkludert en beholder, til bunnen av denne nevnte transduser er festet fra utsiden. I dette tilfellet er festeelementet laget i form av en hylse med en innvendig gjenge, stivt festet til bunnen av beholderen ved sveising, og emitteren er utstyrt med en utvendig gjenge slik at den kan skrus inn i hylsen til den stopper i bunnen av beholderen. I denne innretningen, som følger av tegningen, er problemet med forsegling fullstendig løst ved å feste emitterne til bunnen av beholderen fra utsiden. Men i dette tilfellet er det ikke mulig å unngå tap av intensiteten til ultralydvibrasjoner, siden sistnevnte overføres for det første gjennom karveggen, og for det andre er det nødvendigvis dannet et endegap i den gjengede forbindelsen, hvor et delvis tap av strålingskraft vil også bli observert, fordi det er praktisk talt umulig å passe perfekt til overflaten av bunnen av beholderen og enden av radiatoren.

Derfor er det nødvendig å forenkle designet ved å eliminere den gjengede forbindelsen. Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å eliminere ulempene ved analoger og prototypen, nemlig å sikre fullstendig forsegling av transduseren mot lekkasjer av det sonikerte fluidet og å oppnå maksimal mulig strålingseffekt inn i arbeidsfluidet.

Problemet løses ved å gi direkte lyd fra selve væsken, som er i beholderen for behandling av produkter, samtidig som bøyningsvibrasjonene til ultralydtransdusermembranen nøytraliseres.

Det tekniske resultatet, som består i å forenkle utformingen av transduseren med en samtidig økning i intensiteten av ultralydvibrasjoner i væsken, oppnås på grunn av det faktum at minst en emitter er installert i det gjennomgående hullet til den utstrålende membranen eller membranbunnen av huset med mulighet for direkte kontakt av dets bølgeleder med den lydende væsken, bølgelederen laget av et materiale med lav akustisk motstand (titan) er hermetisk koblet til transduserhuset med en sveiset søm som utfører en tilleggsfunksjon av en demper for demping av bøyevibrasjoner av strålemembranen. For å sikre en høykvalitets sveiset skjøt til radiatorkroppen, er bølgelederen T-formet med et hode i form av en skulder, som overlapper åpningen av membranbunnen langs hele omkretsen med en mengde på 2-5 mm, som danner en sone med homogen forbindelse av samme metall. og bølgelederen til radiatoren laget av titan gjør det mulig å bruke den i aggressive medier, og viktigst av alt, titan har en lav akustisk motstand, noe som bidrar til å minimere effekttapet av ultralydsvibrasjoner i bølgelederen til radiatoren i kontakt med den sonikerte væsken.

Den ultrasoniske piezokeramiske transduseren er ny, siden kombinasjonen av de foreslåtte funksjonene som gjenspeiles i kravene, inkludert i tilleggskrav, ikke er funnet i informasjonskilder.

Den foreslåtte ultrasoniske piezokeramiske transduseren som en teknisk løsning har et oppfinnsomt trinn. Faktum er at i industrien, spesielt i varmevekslingssystemer, er det ofte nødvendig å fjerne vedvarende avleiringer av salter og forskjellige avleiringer fra overflatene til deler og mekanismer, mens løsninger av aggressive medier i form av syrer og alkalier brukes. For å fjerne slike skadelige avleiringer kreves kraftig ultralydstråling, samtidig må ultralydtransduseren være kompakt og motstandsdyktig mot aggressive medier. Den foreslåtte ultrasoniske piezokeramiske transduseren oppfyller disse kravene. Den høye tettheten av plasseringen av emitterne på membranen til transduserhuset, den lave akustiske motstanden til titan og direkte fjerning av arbeidsflaten til bølgelederne til emitterne inn i den sonikerte væsken gjør det mulig å gi et minimum fysisk mulig tap av intensiteten til ultralydvibrasjoner og maksimal mulig kraft av kavitasjonsvirkning for å fjerne skadelige avleiringer fra de behandlede overflatene.

Den foreslåtte tekniske løsningen er ikke åpenbar, siden den sveisede sømmen laget på den ovenfor beskrevne måten ikke bare brukes som et element for å feste emitterbølgelederen til transduserlegemet, men fungerer også som en demper for å dempe bøyningsvibrasjoner. Dermed er to funksjoner: festing og demping av bøyningsvibrasjoner kombinert i en funksjon, noe som førte til en forenkling av ultralydtransduserne og samtidig til en økning i intensiteten av ultralydstråling.

Den indikerte konstruktive forskjellen og kombinasjonen av funksjoner ble ikke funnet i informasjons-, vitenskapelig og teknisk litteratur og patentmateriale, noe som indikerer at den foreslåtte piezokeramiske ultralydtransduseren ikke er åpenbar og original. Den bemerkede forskjellen kan etter vår mening ikke tilskrives metoden for konvensjonell ingeniørdesign.

Produksjon og testing av prototyper viste deres ytelse og bekreftet mottak av det tekniske resultatet spesifisert i beskrivelsen av oppfinnelsen, som tilsvarer kriteriet "industriell anvendelighet".

Senderhuset er laget i en forseglet design og kan brukes som en nedsenkbar versjon, men den kan også installeres i bunnen av arbeidsfartøyet.

Oppfinnelsen er illustrert ved hjelp av tegninger, hvor figur 1 viser tilfellet med en ultrasonisk piezokeramisk transduser med en lokal utskjæring (sidevisning), figur 2 viser en strålende membran med emittere anordnet i én rad, figur 3 viser en strålende membran med emittere. plassert i to rader, figur 4 viser en generell oversikt over omformeren for åpne beholdere med radiator i snitt. En ultralyd piezokeramisk transduser inneholder et hus 1 med et gjennomgående hull 3 laget i bunnen eller en strålende membran 2, hvori minst en piezokeramisk radiator 4 er installert, inkludert en lydledende T-formet bølgeleder 5 med en krage 6 og en utstrålende overflate 7, en pakke med piezoelementer 8, en forsterkende tapp 9 og en stålmutter 10. Den lydledende bølgelederen 5 til radiatoren 4, satt fritt inn i hullet 3 på bunnen eller utstrålende membran 2 (fig. 4), er forbundet ved hjelp av en krage 6 med den utstrålende membranen eller bunnen av tanken med en sveis 11. I alle tilfeller er den utstrålende overflaten 7 av bølgelederen 5 i direkte kontakt med den peilende væsken, noe som øker intensiteten av ultralyd vibrasjoner. Den sveisede sømmen utføres ved argon-buesveising i et inertgassmiljø. For å sikre en høykvalitets sveiset forbindelse av radiatoren 4 med den utstrålende membranen 2 eller bunnen av tanken og pålitelig drift av sømmen som en demper for bøyningsvibrasjoner, bør diameteren på kulene være 4-10 mm større enn radiatorens diameter d 2, dvs Kragen 6 skal overlappe hull 3 langs hele omkretsen med minst 2 mm, og den ytre diameteren på sømmen d3 bør være 10-12 mm større enn diameteren til kragen 6 eller være 5-6 mm i bredden. Tykkelsen på kragen 6 er i området 0,8-1,0 mm og er lik tykkelsen på veggen til huset 1. Alle dimensjoner velges eksperimentelt og skyldes muligheten for maksimal overføring av ultralydvibrasjoner inn i den sonikerte væsken for å sikre effektiv fjerning av avleiringer eller avleiringer fra de behandlede overflatene.

For å sikre maksimal ledningsevne for ultralyd og muligheten for drift av transduseren i aggressive spor, er kroppen, emitteren og bølgelederen laget av titan, det er tillatt å lage dem av rustfritt stål, men intensiteten til ultralydkavitasjon på grunn av høyere akustisk motstand for rustfritt stål vil være lavere. Videre, på grunn av det faktum at titanbølgelederen har en lavere akustisk motstand enn stålmutteren 10, som fungerer som en reflektor, vil vibrasjonsamplituden på emitterende overflate 7 være høyere, dvs. emitteren 4 opererer i ensidig strålingsmodus, og øker strømmen av akustisk energi inn i den peilende væsken.

Med store størrelser av beholderen eller den utstrålende membranen 2 til transduseren, kan flere emittere 4 installeres på overflaten deres i én (fig. 2) eller flere rader (fig. 3). For å tilføre elektrisitet til de piezoelektriske elementene i pakken 8, er det anordnet en armatur 12. Og vinkler 13 er installert for å feste huset 1 til transduseren på behandlingsstedet.

Ultrasonisk keramisk piezoelektrisk transduser fungerer som følger.

Når en generator (ikke vist) elektriske oscillasjoner med en ultralydfrekvens (20-25 kHz) gjennom en kobling 13 til en pakke med piezoelektriske elementer 8, i dem, under påvirkning av en piezoelektrisk effekt, blir elektrisk energi omdannet til mekanisk energi. vibrasjoner, som gjennom en lydledende titanbølgeleder 5, kommer den emitterende overflaten 7 direkte inn i den peilende væsken og forårsaker dens kavitasjon. Under påvirkning av kavitasjon oppstår aktiv blanding av lydvæsken og mikroeksplosjoner i den, på grunn av hvilke adhesjonskreftene til de fjernede avleiringene og skalaen overvinnes.

For å skape et tett og jevnt ultralydfelt bør emitterne 4 plasseres ganske tett, fortrinnsvis velges avstanden mellom dem lik en fjerdedel av bølgelengden, dvs. /4.

Alle de ovennevnte designforskjellene til den foreslåtte transduseren, så vel som intensiteten av ultralydvibrasjoner utviklet av den, som utgjør 2,4-2,7 W / cm 2 ved maksimal effektivitet, gjør det mulig å overvinne adhesjonskreftene til slike skadelige teknologisk dannede belegg som salt eller avleiringer.

Den foreslåtte transduseren er implementert i ultralydbad og i utformingen av en nedsenkbar ultrasonisk piezokeramisk transduser, som er produsert og testet for å oppnå det tekniske resultatet spesifisert i beskrivelsen av oppfinnelsen, dvs. det ble bekreftet at de er effektive, enkle å produsere, gir pålitelig kroppstetthet mot lekkasjer av den sonikerte væsken og høy intensitet av ultralydsvibrasjoner.

Informasjonskilder

1. RF patent for nyttig modell nr. 84971, MKI B06B 1/06, G01F 1/66, publ. 21.01.2009

3. US patent nr. 4957669, B068B 3/00, publ. 18.09.1990

4. Søknad E11B 0420190, B068B 1/06, H04R 17/00, publ. 04.03.1991

5. Søknad av Tyskland nr. 4014199, B06B 1/06, H04R 17/100, publ. 22.11.1990

KRAV

1. Ultralyd piezokeramisk transduser, inkludert et hus med en radiator med en bølgeleder av ultralydvibrasjoner installert i den ved bruk av sveising, karakterisert ved at minst en radiator er installert i det gjennomgående hullet til den fremre utstrålende membranen eller bunnen av kabinettet med mulighet for direkte kontakt av den utstrålende overflaten til bølgelederen med sonikert væske, mens bølgelederen laget av akustisk transparent materiale er hermetisk forbundet med transduserhuset med en sveisesøm som utfører en tilleggsfunksjon av en bøyende vibrasjonsdemper.

2. Ultralyd piezokeramisk transduser ifølge krav 1, karakterisert ved at dens legeme og emitterbølgelederen er laget av titan eller rustfritt stål.

3. Ultralyd piezokeramisk transduser ifølge krav 1, karakterisert ved at bølgelederen til ultrasonisk oscillasjonsemitteren er T-formet med et hode i form av en perle for å feste den til transduserlegemet, mens perlen dekker hullet rundt hele omkrets med 2-5 mm.

4. Ultralyd piezokeramisk transduser ifølge krav 1, karakterisert ved at bredden av sveisesømmen som forbinder vulsten av bølgelederen til transduserlegemet er 5-6 mm.

5. Ultralyd piezokeramisk transduser ifølge krav 1, karakterisert ved at når flere emittere er installert i huset, er avstanden mellom dem fortrinnsvis omtrent en fjerdedel av bølgelengden til ultralydvibrasjoner.

Emittere (ultralyd) brukes aktivt i ekkolodd. I tillegg brukes enheter i mottakere. Moderne modifikasjoner kjennetegnes ved deres høye frekvens og gode ledningsevne. Følsomheten til emitteren avhenger av mange faktorer. Det er også verdt å merke seg at modellene bruker terminaler som påvirker det totale motstandsnivået.

Enhetsdiagram

Standard enhetsdiagrammet inneholder to terminaler og en kondensator. Stangen brukes med en diameter på 1,2 cm En magnet for drift av systemet krever en neodymtype. Et stativ er plassert i bunnen av enhver radiator. Kondensatorer kan kobles til via en utvider eller terminaler. Selenoidviklingen brukes med en ledningsevne på 4 mikron.

Ringemodifikasjon

Ring nedsenkbare ultralydsvingere er vanligvis produsert for ekkolodd. De fleste modellene har dipolkondensatorer. Foringene for dem er valgt fra gummi. Det totale motstandsnivået i denne typen enhet er 50 ohm. Terminalene brukes med og uten adapter. På toppen av selenoiden er det en beskyttende ring. Stangen brukes med en diameter på minst 2,2 cm I noen tilfeller er kondensatorene av kanaltypen med beskyttelsessystem. Deres utladningsledningsevne er minst 5 mikron. I dette tilfellet kan frekvensen variere mye. I dette tilfellet avhenger mye av elementets følsomhet.

Yar enhet

En ultralydsender for en luftfukter anses å være svært vanlig. Hvis vi tenker på at den har tre kondensatorer. Vanligvis er de av typen tre kanaler. Det totale motstandsnivået for denne typen radiatorer er 55 ohm. De er ofte installert på ekkolodd og lavfrekvente mottakere. Modellene er også egnet for omformere. Det brukes magneter med diameter 4,5 cm Stativene er laget av messing eller stål. Utladningskonduktiviteten er ikke mer enn 5,2 Mk.

Noen modifikasjoner brukes med den øvre garnposisjonen. Som regel er den plassert over stativet. Det skal også bemerkes at det er emittere med enpolede adaptere. Solenoider er kun egnet for dem med høy ledningsevne. Flere ringer brukes på toppen av enheten. Utladningsfølsomhet er omtrent 10 mV. Hvis vi vurderer modifikasjoner på motstandskondensatorer, når deres totale motstandsnivå maksimalt 55 ohm.

Dobbeltviklet modell

Emittere (ultralyd) med dobbel vikling er nylig produsert med forsterker. Slike enheter brukes aktivt på omformere. Noen emittere er laget med doble kondensatorer. Viklene brukes med bred tape. Stengene egner seg med en diameter på 1,3 cm.. Terminalene skal ha en ledningsevne på minst 5 mikron. Frekvensen av enhetene avhenger av mange faktorer. Først av alt tas diameteren på stangen i betraktning. Det skal også bemerkes at ekspandere brukes med og uten pads.

Gjør-det-selv reflektorbaserte emittere

Du kan lage en ultralydsender fra reflektorer med egne hender. Først og fremst anskaffes en neodymmagnet. Støtten brukes med en bredde på ca 4,5 cm.. Slaget må kun monteres etter stangen. Det skal også bemerkes at magneten er festet på foringen og lukket med en ring.

Terminalene for enheten er valgt av ledertypen. Utladningskonduktiviteten bør være ca. 6 mikron. Det totale motstandsnivået til denne typen emittere er ikke mer enn 55 ohm. Kondensatorer er av forskjellige typer. Reflekser velges med liten tykkelse. For å installere elementene, må du bruke den øvre delen av stangen er vridd på filmen. I dette tilfellet er det viktig å ikke overlappe terminalene.

Ekkoloddenheter

Emittere (ultralyd) for ekkolodd har god ledningsevne. Diameteren på stangen for standardmodellen er 2,4 cm Ringer er vanligvis av den tettsittende typen. Moderne modeller er laget med koniske stativer. De er lette og kan fungere under høy luftfuktighet. Solenoider brukes i forskjellige diametre. Elektrisk tape skal vikles i bunnen av enhetene. Om nødvendig kan du lage senderen til ekkoloddet selv. For dette formål er kondensatorer av en to-kanals type. Hvis vi vurderer en enhet med en 2,2 cm stang, vil dens totale motstandsnivå være 45 ohm.

Fish Finder Mods

Emittere (ultralyd) for ekkolodd produseres med terminaler med forskjellig ledningsevne. De mest populære er modifikasjoner med adaptere og en følsomhet på 12 mV. Noen enheter er utstyrt med kompakte enkanals kondensatorer. Deres belastningsledningsevne er 2 mikron. Magnetene på emitterne er installert med forskjellige diametre.

De fleste modellene er laget med lave stativer. Det skal også bemerkes at enhetene skiller seg ut for sin høye frekvens. Terminalene har god ledningsevne, men i dette tilfellet avhenger mye av tykkelsen på stangen. Beskyttelsesringer er installert i den øvre delen av viklingen. For å øke ledningsevnen til emitteren brukes terminaler med en følsomhet på 15 mV eller mer.

Modeller med lav impedans

Ultralydsenderen for lav luftfukter skiller seg ut for sin kompakte størrelse. Viklingene brukes med en tykkelse på 0,2 cm Magnetene er montert på støtter eller puter. Terminalene er festet på toppen av enheten. Standardversjonen inkluderer tre kondensatorer.

Den totale motstandsindikatoren er ikke mer enn 30 ohm. Kondensatorer for noen modeller er av en to-kanals type. I dette tilfellet er ledningsevnen omtrent 2 mikron. Det er også modifikasjoner med stenger med stor diameter. De brukes i ekkolodd. De fleste emittere er produsert spesielt for transdusere. Klemringer brukes av gummi eller plast. I gjennomsnitt er diameteren på stangen for modifikasjonen 2,2 cm.

Enheter med høy impedans

Modifikasjoner av denne typen gjøres vanligvis for mottakere. Deres generelle konduktivitetsnivå er 4 mikron. De fleste enhetene drives av kontaktterminaler. Det skal også bemerkes at det er enheter med en følsomhet på 15 mV. Kondensatorer for modifikasjoner er valgt av en tre-kanals type. Det finnes også motstandsmodeller. Deres totale motstandsnivå starter fra 55 ohm. Magneter på en kraftig ultralydsender er installert kun av neodymtype. Gjennomsnittlig deldiameter er 4,5 cm Stativene kan produseres med fôr eller beskyttende isolasjonsfilm.

Modeller med enkeltkoblingskondensatorer

Enheter av denne typen er i stand til å gi en ledningsevne på 5 mikron. De har en ganske høy følsomhet. Stengene på ultralydsvingeren er installert med en diameter på 2 cm. Viklene brukes kun med gummiringer. Dipolterminaler brukes i bunnen av enhetene. Det totale motstandsnivået ved belastning er 5 ohm. Kondensatorer er tillatt å installere på emittere gjennom utvidere. Adaptere brukes til å utvide de lave frekvensene.

Om nødvendig kan en modifikasjon av to kondensatorer gjøres. For dette er terminalene installert med en ledningsevne på 2,2 mikron. Stangen er valgt med liten diameter. Det skal også bemerkes at det kreves et kort stativ i aluminiumslegering. Elektrisk tape brukes som isolasjon for klemmene. To ringer er festet til toppen av radiatoren. Kondensatorer er direkte montert gjennom en dipolekspander. Det totale motstandsnivået bør ikke overstige 35 ohm. Følsomheten avhenger av ledningsevnen til terminalene.

En nedsenkbar ultralydsvinger er en enhet designet for å overføre ultralydvibrasjoner inn i et flytende medium, som inneholder et forseglet hus med en membran, som er en del av overflaten til dette huset, inne i hvilken piezoelektriske transdusere er plassert og festet på membranen, elektrodene til som er elektrisk koblet til en høyfrekvent kabel som brukes til å forsyne piezoelektriske emittere av høyfrekvent elektrisk spenning fra en ultralydfrekvensgenerator.

Den brukes til å begeistre ultralydkavitasjon i et flytende rengjøringsmedium, som intensiverer prosessene med å rense deler fra forurensning. De brukes i bad for ultralydrengjøring med et volum på mer enn 50 liter.

Fig. 1 Nedsenkningssender
i U.Z. bad

Enheten til den nedsenkbare ultralydsvingeren er skjematisk vist i fig. 1.

Generatoren er koblet til et 220 volt 50 Hz nettverk og konverterer spenningsfrekvensen til 25 000 Hz (25 kHz) eller 35 kHz. avhengig av utformingen av nedsenkingstransduseren.

Høyfrekvent spenning føres gjennom en kabel inn i et forseglet transduserhus laget av rustfritt stål, innenfor hvilket piezoelektriske emittere er montert, koblet parallelt.

Fig. 2 Piezoelektrisk emitterenhet

Den piezoelektriske transduseren er hovedenheten til den nedsenkbare ultralydsvingeren. Enheten til denne senderen er vist i fig. 2.

Emitteren har to piezoelektriske plater (piezoelektriske elementer) plassert mellom to metallplater: stål på baksiden og aluminium på fronten.

De piezoelektriske elementene trekkes sammen med foringene ved hjelp av en sentral bolt. En høyfrekvent spenning påføres den sentrale elektroden som er plassert mellom de piezoelektriske elementene.

Den piezoelektriske emitteren konverterer elektrisk energi til høyfrekvente mekaniske vibrasjoner, som overføres til membranen til den nedsenkbare transduseren, hvorfra disse vibrasjonene overføres til vaskevæsken.

Antallet piezoelektriske emittere i en nedsenkbar ultralydtransduser kan være fra 4 til 11 eller flere deler.

Piezoelektriske emittere er festet på membranen ved hjelp av en limforbindelse.

Fig. 3 Nedsenkningssender

En generell oversikt over en nedsenkbar ultralydsvinger med et delvis skåret bakdeksel er vist i fig. 3. Det kan sees at de piezoelektriske emitterne er arrangert i flere rader, to i hver rad.

Nedsenkbare ultralydtransdusere kan brukes både i spesialdesignede ultralydrensebad og i rensebad allerede tilgjengelig hos kunden. Det praktiske med disse omformerne er at de enkelt kan installeres i forskjellige deler av badevolumet.

I motsetning til ultralydsvingere, som er godt festet til bunnen eller siden av rengjøringsbadet, kan nedsenkbare transdusere skiftes ut i løpet av få minutter.

Generatoren for å forsyne nedsenkbare transdusere med høyfrekvent spenning kan plasseres fra ultralydbadet i en avstand på opptil 6 meter.

Metoder for montering av nedsenkbare transdusere i et ultralydrensebad

Nedsenkningstransdusere kan plasseres i rengjøringsbad på tre forskjellige måter:

1. plassering av transduseren i bunnen av badekaret;
2. hengende på veggen til badekaret;
3. ved å montere svingeren på badekarveggen.

Fig. 4 Plassering av transduseren i ultralydbadet

De to første metodene krever ikke å lage hull i badekarveggen.

Noen typer feste av en nedsenkbar transduser i et ultralydrensebad er vist i fig. 4.

Når du plasserer transduseren i bunnen av badekaret, må høyden på rengjøringsløsningslaget over transduserens membran tas i betraktning.

Man bør strebe etter å sikre at høyden på dette laget vil være et multiplum av halvparten av bølgelengden til ultralydvibrasjoner som overføres til vaskeløsningen av en nedsenkbar transduser.

I dette tilfellet, på grunn av refleksjon av ultralydbølger fra vann-luft-grensesnittet, opprettes en sone med stående bølger i vaskeløsningen (efterklangsfenomen). Med etterklang av ultralydbølger i en væske, er effektiviteten til ultralydrengjøring litt høyere.

Som et eksempel, la oss bestemme den optimale høyden på dette laget for en spesifikk nedsenkingstransduser.

Det er kjent at lydhastigheten i vann er 1485 m/s. Bølgelengden til ultralydvibrasjoner er lik kvotienten for å dele lydhastigheten med frekvensen til disse vibrasjonene.

Anta at vi har en nedsenkbar ultralydsvinger hvis membranoscillasjonsfrekvens er 25 000 Hz (25 kHz). Bølgelengden i dette tilfellet vil være 0,0594 m. Halve bølgelengden er 0,0297 m eller 2,97 cm. Den optimale høyden på væsken i dette tilfellet over overflaten til nedsenkingstransduseren bør være 2,97 cm x n hvor n er et hvilket som helst positivt heltall.

Fig. 5 Stående bølger i ultralydbadet

For eksempel, for n = 40, vil den optimale høyden på nivået til rengjøringsløsningen over overflaten til den nedsenkbare transduseren være 2,97x40 = 118,8 cm. Ovenstående er illustrert i fig. 5.

Plassering av nedsenkbare ultralydtransdusere på rengjøringsbadets vegger anbefales når dybden er mer enn to ganger mindre enn bredden eller lengden. I dette tilfellet kan omformerne plasseres både på den ene veggen av badekaret og på dens motsatte vegger.

Videoen viser plassering av nedsenkbare transdusere på sideveggene til badekaret og driften av nedsenkbare ultralydsvingere plassert i bunnen av badekaret.

Nedsenkningstransdusere i drift

Velge den optimale frekvensen for en nedsenkingssender

Når ultralydsvibrasjoner forplanter seg i en væske, oppstår et fenomen som kalles kavitasjon, som betyr dannelsen av kavitasjonshulrom i væsken i fasen av utladningen av en lydbølge og dens påfølgende kollaps i kompresjonsfasen.

Fig. 6 Frekvenspåvirkning på ultralydkavitasjon

Oppførselen til kavitasjonshulrom med en endring i vibrasjonsfrekvensen er vist i grafen i fig. 6.

Ordinaten på venstre side viser verdien av energien som frigjøres under kollapsen av et enkelt kavitasjonshulrom (kavitasjonsenergi), og ordinaten til høyre viser antall kavitasjonshulrom per volumenhet væske.

Som det fremgår av grafen, øker antallet kavitasjonshulrom i væsken med en økning i frekvensen av ultralydvibrasjoner, og energien til kavitasjon reduseres.

Med en reduksjon i frekvensen av ultralydvibrasjoner, reduseres antall kavitasjonshulrom i væsken, og energien til kavitasjon øker.

I dette tilfellet, for hver frekvens av ultralydvibrasjoner, er produktet av energien som frigjøres av kavitasjonshulrommet under dets sammenbrudd med antallet av disse boblene i væsken en konstant verdi som er omtrent lik energien som overføres til væsken av den nedsenkbare ultralydbåten. transduser.

Påvirkningen av frekvensen av ultralydvibrasjoner på antall kavitasjonshulrom er diskutert i detalj på nettstedet

For praksis er det viktig at antallet kavitasjonshulrom er så stort som mulig, men samtidig må kavitasjonsenergien være tilstrekkelig til å fjerne urenheter. For å rense deler fra forurensninger som er løst bundet til overflaten (fett, oljer), bør det derfor brukes omformere med en frekvens på 35-40 kHz, og for å rense deler fra forurensninger som er fast forbundet med overflaten (poleringspastaer, lakk og polymerfilmer), nedsenkbare transdusere med en lavere frekvens på 20-25 kHz.

endre tegning

Fig. 7 Ultralydbad med omformere med forskjellige frekvenser

Den mest optimale løsningen er å skape slike forhold når antallet kavitasjonshulrom vil være stort og kavitasjonsenergien også vil være stor.

Disse forholdene realiseres i et ultralydrensebad med nedsenkbare transdusere plassert på veggene, som vist i fig. 7. Et annet alternativ for plassering av nedsenkningstransdusere kan sees hvis du flytter markøren over denne figuren.

I dette tilfellet brukes to omformere med forskjellige vibrasjonsfrekvenser på 25 og 35 kHz. En omformer med en frekvens på 35 kHz sikrer dannelsen av et større antall kavitasjonshulrom i volumet av vaskevæsken, og en omformer med en frekvens på 25 kHz øker kavitasjonsenergien til disse hulrommene.

Optimalt antall nedsenkingstransdusere for rengjøringsbadet

Når du bestemmer antall nødvendige nedsenkbare transdusere, er det nødvendig å gå ut fra det faktum at maksimal effektivitet av ultralydrengjøring oppnås ved en ultralydeffekt på 10 ... 30 watt per 1 liter badvolum.

For eksempel, for et bad med et volum på 50 liter, er to transdusere av PP25.8-modellen tilstrekkelig (se tabellen nedenfor).

For store ultralydrensebad, for eksempel over 250 liter, oppnås tilfredsstillende resultater selv med en ultralydeffekt på 4,5 watt per 1 liter badvolum. For eksempel, for et bad med et volum på 1000 l, er 11 transdusere av PP25.8-modellen tilstrekkelig.

For tiden er det mange design av nedsenkbare ultralydsvingere på hjemmemarkedet.

Tabellen viser de tekniske egenskapene til nedsenkbare ultralydtransdusere fra TSC Technosonic LLC (Moskva).

Denne artikkelen dekker ikke fullt ut alle aspekter ved design og bruk av nedsenkbare ultralydsvingere. Imidlertid kan det presenterte materialet være nyttig for spesialister som for første gang blir tildelt spesifikke oppgaver for å velge den optimale versjonen av et ultralydbad for rengjøringsprodukter.

Ultralyd er elastiske akustiske bølger som ikke kan høres av en person, hvis frekvens overstiger 20 kHz. Det er vanlig å skille mellom lavfrekvente (20 ... 100 kHz), mellomfrekvente (0,1 ... 10 MHz) og høyfrekvente (mer enn 10 MHz) ultralydvibrasjoner. Til tross for kilo-megahertz, bør ultralydbølger ikke forveksles med radiobølger og radiofrekvenser. Dette er helt andre ting!

I sin fysiske natur er ultralyd ikke forskjellig fra vanlig hørbar lyd. Frekvensgrensen mellom lyd- og ultralydbølger er betinget, den bestemmes av de subjektive egenskapene til menneskelig hørsel. For referanse, høyfrekvente vibrasjoner merkes godt av dyr (inkludert kjæledyr), og for flaggermus og delfiner er de livsviktige.

Ultralyd, på grunn av sin korte bølgelengde, sprer seg godt i væsker og faste stoffer. For eksempel demper ultralydbølger i vann omtrent 1000 ganger mindre enn i luft. Derfor følger hovedområdene for deres anvendelse: ekkolodd, ikke-destruktiv testing av produkter, "lydbilde", molekylær og kvanteakustikk.

For å generere ultralydsvibrasjoner brukes følgende typer transdusere (eng. "Ultrasonic transducer"):

Piezokeramikk (piezo);

Elektrostatisk (elektrostatisk);

Elektromagnetisk

For det siste alternativet er til og med konvensjonelle høyfrekvente lydhøyttalere (i slangen "tweetere") egnet, som har tilstrekkelig effektivitet til å generere signaler i det nære ultralydområdet på 20 ... 40 kHz.

Piezokeramiske ultralydtransdusere (tabell 2.10) produseres som regel i et par med frekvenstilpassede piezomottakere. Typiske parametere for "ultralyd tandem": resonansfrekvens 37 ... 45 kHz, lydtrykknivå i en avstand på 30 cm - 95 ... 105 dB (A), driftsspenning 12 ... 60 V, kapasitet 1000 . .. 3000 pF, senderens utgangsimpedans 200 ... 500 Ohm, inngangsimpedansen til mottakeren er 10 ... 30 kOhm.

Tabell 2.10. Parametre for ultralydsendere

Det anbefales å påføre ikke unipolare, men multipolare impulser til platene til ultralyd-piezo-emittere, dvs. i pauser, danner en spenning med motsatt polaritet. Dette bidrar til akselerert utladning av den ekvivalente kapasitansen til emitteren og en økning i responshastigheten.

I fig. 2.53, a ... l viser koblingsskjemaene for ultralydsendere til MK. For dannelse av bipolare pulser er transistorbroer og isolasjonstransformatorer mye brukt. Hvis du reduserer generasjonsfrekvensen, vil de ovennevnte kretsene passe "en til en" for det hørbare området, dvs. for de tidligere betraktede lyd-piezokeramiske emitterne.

Ris. 2,53. Koblingsskjemaer for tilkobling av ultralydsendere til MK (begynner):

a) utjevning av bølgeformen som leveres til ultralydsenderen BQ1 ved å bruke induktoren L1. R1-motstanden regulerer amplituden;

b) transistorene VT1, VT2 åpner vekselvis med korte pulser fra MK. For pålitelighet bør transistorer med stor tillatt kollektorstrøm velges slik at de ikke svikter med lav ohmsk motstand til induktoren L1 \

c) kondensator C1 differensierer signalet og eliminerer DC-komponenten, som gjør at BQ1 ultralyd piezoelektrisk emitter kan kobles til en bipolar strømforsyning;

d) laveffekt ultralydsender/mottaker. Deleren R1, R2 bestemmer driftspunktet til ADC MK ved mottak av et signal og amplituden til utgangspulsene ved overføring av et signal;

e) ultrasonisk avstandsmåler transceiver. Pulsfrekvensen er 36 ... 465 kHz, spenningen over BQ1-emitteren er 50 ... 100 V (maksimum velges av kondensatoren C3). Diodene VD1, VD2 begrenser signalet til mottakeren. Transformator 77 inneholder i viklinger I, II 15 omdreininger av PEV-0.3 ledning, i vikling III - 100 ... 200 omdreininger av PEV-0.08 (ring M2000HM K10x6x5); O

Om Fig. 2,53. Koblingsskjemaer for tilkobling av ultralydsendere til MK (forts.):

f) bruken av en logisk brikke DD1 maskinvare eliminerer samtidig åpning av transistorene til en arm. Impulsstøy som oppstår i strømforsyningskretsen på grunn av ikke-samtidig svitsjing av omformere DD1.l... DD13 og variasjon av I - V-karakteristikk til transistorer elimineres av filteret L /, C1. Dioder VD1 ... VD4 blir i tilfelle utskifting av lyden HF-høyttaler BA1 (10GD-35, 6GD-13, 6GDV-4) med en kraftigere ultrasonisk piezoelektrisk emitter;

g) øke kraften til emitteren BQ1 ved hjelp av en spenningsdobler på DD1-mikrokretsen og en økt tilførsel på + 9 ... + 12 V. VT1-transistoren matcher logiske nivåer;

h) en økning i spenningsamplituden på BQJ-emitteren oppstår på grunn av den økte forsyningsspenningen på +9 V og akkumuleringen av energi i choken L1 \

i) felteffekttransistorer K77, VT2 (erstatning av IRF7831) reduserer energitap under svitsjing. Motstander R1, R2 tillater ikke transistorer å åpne når MK starter på nytt; O

Om Fig. 2,53. Koblingsskjemaer for tilkobling av ultralydsendere til MK (ende):

j) ultralydsonaren opererer med en frekvens på 40 kHz og genererer pulser med en varighet på 0,4 ms. Signalamplituden ved den piezoelektriske emitteren BQ1 (Murata) når 160 V. Induktansen til sekundærviklingen til T1-transformatoren danner sammen med kapasitansen til den piezoelektriske emitteren BQ1 en oscillerende krets innstilt til en frekvens nær 40 kHz. Induktans av primærviklingen til transformatoren T1 - 7,1 MK H, sekundær - 146 MK H, kvalitetsfaktor Q> 80;

k) ultralydhydroionisatoren opererer med en frekvens på 1,8 ... 2 MHz. T1-transformatoren er viklet på tre 50BH K20x 10 × 5 kjerner. Viklinger I og II inneholder hver 4 vindinger PEV-0,3 ledning brettet i tre, vikling III - 12 vindinger PEV-0,3 ledning. Spolen L1 inneholder 5 omdreininger med PEV-0,8-tråd på en dor med en diameter på 8 mm med en stigning på 1 mm. BQ1-emitteren har en diameter på 30 mm (PZT piezokeramikk). Motstand R1 reduserer spenningsstøt ved avløpet VT1.