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技術(shù)文章
超聲儀/超聲波清洗技術(shù)發(fā)展
點(diǎn)擊次數(shù)：1359 發(fā)布時(shí)間：2012-4-21
超聲儀/超聲波清洗技術(shù)發(fā)展
二十世紀(jì)六十年代，自超聲波技術(shù)問(wèn)世以來(lái)，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)：一定頻率范圍內(nèi)的超聲波，作用于液體介質(zhì)里，可以達(dá)到清洗的作用。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的研究和試驗(yàn)，不僅得到了滿意的效果，而且發(fā)現(xiàn)其清洗效率*，由此超聲波清洗機(jī)被逐漸運(yùn)用于各行各業(yè)中去。在應(yīng)用初期，由于電子工業(yè)的限制，超聲波清洗設(shè)備電源的體積比較龐大，穩(wěn)定性及使用壽命不太理想，價(jià)格昂貴，一般的工礦企業(yè)難以承受，但其出色的清洗效率及效果，仍然讓部分實(shí)力雄厚的國(guó)有企業(yè)一見(jiàn)傾心。隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展，新一代的電子元器件層出不窮，應(yīng)用新的電子線路以及新的電子元器件，超聲波電源的穩(wěn)定性及使用壽命進(jìn)一步的提高，體積減小，價(jià)格逐漸降低。二十世紀(jì)八十年代末，第三代超聲波電源問(wèn)世，既逆變電源，應(yīng)用IGBT元件。新的超聲波電源具有體積小，可靠性高，壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，清洗效率得以進(jìn)一步提高，而價(jià)格也降到了大部分企業(yè)可以接受的程度。
超聲波清洗原理
超聲波主要具有機(jī)械效應(yīng)（如傳聲媒質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)位移、速度、加速度、聲壓等力學(xué)量）、熱效應(yīng)（聲波在傳播過(guò)程中其部分能量被媒質(zhì)吸收變成熱能）和空腔效應(yīng)。其中空腔效應(yīng)是聲化學(xué)的應(yīng)用理論基礎(chǔ)，也zui為重要。空腔效應(yīng)由成核、微泡生長(zhǎng)、空腔塌陷三步組成。在反應(yīng)體系中，液體內(nèi)存在張力弱區(qū)，即液體內(nèi)溶有氣體或在塵埃的液固界面上存在氣體
—作為氣核，在超聲波作用下，氣核膨脹長(zhǎng)大，并為周?chē)囊后w蒸氣或氣體充滿，由于內(nèi)外壓力懸殊使空腔塌陷、破裂，把集中的聲場(chǎng)能量在極短的時(shí)間和極小的空間內(nèi)釋放出來(lái)，使介質(zhì)局部形成幾百到幾千K的高溫和超過(guò)數(shù)百個(gè)大氣壓的高壓環(huán)境，并產(chǎn)生出很大的沖擊力，起到激烈攪拌的作用，同時(shí)生成大量微泡。它們又作為新的氣核，使該循環(huán)繼續(xù)下去，這就是空腔效應(yīng)。
當(dāng)然并不是液體中所有的氣核都能產(chǎn)生空腔效應(yīng)，只有當(dāng)外加的超聲波頻率與氣核的固有頻率相同時(shí)，空腔效應(yīng)才能發(fā)生。同時(shí)也受到其它如聲波的強(qiáng)度、液體介質(zhì)的溫度以及介質(zhì)的蒸汽壓等的影響。誘導(dǎo)產(chǎn)生空腔效應(yīng)的超聲波頻率以20kHz～80kHzzui為適當(dāng)。過(guò)高的頻率不易產(chǎn)生空腔效應(yīng)，即使產(chǎn)生也需要大量的能量，而且其中大部分能量被轉(zhuǎn)化為熱能，使介質(zhì)溫度明顯提高。低強(qiáng)度超聲波的應(yīng)用不會(huì)引起介質(zhì)的任何狀態(tài)變化，只有高強(qiáng)度超聲波的應(yīng)用才可能對(duì)介質(zhì)有強(qiáng)烈的影響，引發(fā)空腔效應(yīng)。對(duì)大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)來(lái)說(shuō)，反應(yīng)速度均隨聲強(qiáng)的增加而增加。但是，超聲波強(qiáng)度的作用受介質(zhì)溫度的影響極大。研究表明，隨著液體溫度的提高，聲強(qiáng)的影響明顯下降，在50℃水中發(fā)生的空腔效應(yīng)zui大。
當(dāng)超聲波電源將50Hz的日常供電頻率改變?yōu)?8KHz后，通過(guò)輸出電纜線將其輸送給粘接在盛放清洗溶液的清洗槽底部的超聲波發(fā)生器（換能器），由換能器將高頻的電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)并發(fā)射至清洗液中，當(dāng)高頻的機(jī)械振動(dòng)傳播到液體里后，清洗液內(nèi)即產(chǎn)生上述空化現(xiàn)象，達(dá)到清洗的目的。由于超聲波的頻率很高，在液體中所產(chǎn)生的空化作用可以達(dá)到28000次/秒，幾乎可以說(shuō)是不斷地在進(jìn)行，在液體中由于空化現(xiàn)象所產(chǎn)生的氣泡數(shù)量眾多且*，因此對(duì)于工件的清洗可以非常*，即使是形狀復(fù)雜的工件內(nèi)部，只要能夠接觸到溶液，就可以得到*的清洗，又因?yàn)槊總€(gè)氣泡的體積非常微小，因此雖然它們的破裂能量很高，但對(duì)于工件和液體來(lái)說(shuō)，不會(huì)產(chǎn)生機(jī)械破壞和明顯的溫升。
二十世紀(jì)六十年代，自超聲波技術(shù)問(wèn)世以來(lái)，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)：一定頻率范圍內(nèi)的超聲波，作用于液體介質(zhì)里，可以達(dá)到清洗的作用。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的研究和試驗(yàn)，不僅得到了滿意的效果，而且發(fā)現(xiàn)其清洗效率*，由此超聲波清洗機(jī)被逐漸運(yùn)用于各行各業(yè)中去。在應(yīng)用初期，由于電子工業(yè)的限制，超聲波清洗設(shè)備電源的體積比較龐大，穩(wěn)定性及使用壽命不太理想，價(jià)格昂貴，一般的工礦企業(yè)難以承受，但其出色的清洗效率及效果，仍然讓部分實(shí)力雄厚的國(guó)有企業(yè)一見(jiàn)傾心。隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展，新一代的電子元器件層出不窮，應(yīng)用新的電子線路以及新的電子元器件，超聲波電源的穩(wěn)定性及使用壽命進(jìn)一步的提高，體積減小，價(jià)格逐漸降低。二十世紀(jì)八十年代末，第三代超聲波電源問(wèn)世，既逆變電源，應(yīng)用IGBT元件。新的超聲波電源具有體積小，可靠性高，壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，清洗效率得以進(jìn)一步提高，而價(jià)格也降到了大部分企業(yè)可以接受的程度。
超聲波清洗原理
超聲波主要具有機(jī)械效應(yīng)（如傳聲媒質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)位移、速度、加速度、聲壓等力學(xué)量）、熱效應(yīng)（聲波在傳播過(guò)程中其部分能量被媒質(zhì)吸收變成熱能）和空腔效應(yīng)。其中空腔效應(yīng)是聲化學(xué)的應(yīng)用理論基礎(chǔ)，也zui為重要。空腔效應(yīng)由成核、微泡生長(zhǎng)、空腔塌陷三步組成。在反應(yīng)體系中，液體內(nèi)存在張力弱區(qū)，即液體內(nèi)溶有氣體或在塵埃的液固界面上存在氣體
—作為氣核，在超聲波作用下，氣核膨脹長(zhǎng)大，并為周?chē)囊后w蒸氣或氣體充滿，由于內(nèi)外壓力懸殊使空腔塌陷、破裂，把集中的聲場(chǎng)能量在極短的時(shí)間和極小的空間內(nèi)釋放出來(lái)，使介質(zhì)局部形成幾百到幾千K的高溫和超過(guò)數(shù)百個(gè)大氣壓的高壓環(huán)境，并產(chǎn)生出很大的沖擊力，起到激烈攪拌的作用，同時(shí)生成大量微泡。它們又作為新的氣核，使該循環(huán)繼續(xù)下去，這就是空腔效應(yīng)。
當(dāng)然并不是液體中所有的氣核都能產(chǎn)生空腔效應(yīng)，只有當(dāng)外加的超聲波頻率與氣核的固有頻率相同時(shí)，空腔效應(yīng)才能發(fā)生。同時(shí)也受到其它如聲波的強(qiáng)度、液體介質(zhì)的溫度以及介質(zhì)的蒸汽壓等的影響。誘導(dǎo)產(chǎn)生空腔效應(yīng)的超聲波頻率以20kHz～80kHzzui為適當(dāng)。過(guò)高的頻率不易產(chǎn)生空腔效應(yīng)，即使產(chǎn)生也需要大量的能量，而且其中大部分能量被轉(zhuǎn)化為熱能，使介質(zhì)溫度明顯提高。低強(qiáng)度超聲波的應(yīng)用不會(huì)引起介質(zhì)的任何狀態(tài)變化，只有高強(qiáng)度超聲波的應(yīng)用才可能對(duì)介質(zhì)有強(qiáng)烈的影響，引發(fā)空腔效應(yīng)。對(duì)大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)來(lái)說(shuō)，反應(yīng)速度均隨聲強(qiáng)的增加而增加。但是，超聲波強(qiáng)度的作用受介質(zhì)溫度的影響極大。研究表明，隨著液體溫度的提高，聲強(qiáng)的影響明顯下降，在50℃水中發(fā)生的空腔效應(yīng)zui大。
當(dāng)超聲波電源將50Hz的日常供電頻率改變?yōu)?8KHz后，通過(guò)輸出電纜線將其輸送給粘接在盛放清洗溶液的清洗槽底部的超聲波發(fā)生器（換能器），由換能器將高頻的電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)并發(fā)射至清洗液中，當(dāng)高頻的機(jī)械振動(dòng)傳播到液體里后，清洗液內(nèi)即產(chǎn)生上述空化現(xiàn)象，達(dá)到清洗的目的。由于超聲波的頻率很高，在液體中所產(chǎn)生的空化作用可以達(dá)到28000次/秒，幾乎可以說(shuō)是不斷地在進(jìn)行，在液體中由于空化現(xiàn)象所產(chǎn)生的氣泡數(shù)量眾多且*，因此對(duì)于工件的清洗可以非常*，即使是形狀復(fù)雜的工件內(nèi)部，只要能夠接觸到溶液，就可以得到*的清洗，又因?yàn)槊總€(gè)氣泡的體積非常微小，因此雖然它們的破裂能量很高，但對(duì)于工件和液體來(lái)說(shuō)，不會(huì)產(chǎn)生機(jī)械破壞和明顯的溫升。