Як працює ультразвуковий випромінювач

Ультразвукові випромінювачі можна розділити на три великі групи:

• - електродинамічні;
• - магнітострикційні;
• - п'єзоелектричні.

 

Залежно від типу випромінювача, залежить принцип його роботи. Підсумком роботи всіх видів випромінювачів у ситуації їх застосування у рідких середовищах з метою очищення виробів чи хімічного травлення є процес створення кавітації у рідині. Використання кавітаційних процесів у рідких середовищах дозволяє проводити очищення виробів від різних забруднень. ККД процесу значно вищий, ніж за інших видів очищення.

Типи ультразвукових випромінювачів

За всю історію виробництва ультразвукових технологій існувало лише 3 типи випромінювачів:

1. 1. Електродинамічний.
2. 2. Магнітострикційний.
3. 3. П'єзокерамічний.

Всі випромінювачі зі списку вище застосовувалися на практиці. У сучасному очисному УЗ устаткуванні застосовують магнітострикційні та п'єзокерамічні випромінювачі. Варто зазначити, що магнітострикційні випромінювачі через низький ККД практично не використовуються.

Принцип роботи ультразвукового випромінювача

Основний принцип роботи ультразвукового випромінювача:

1. 1. Ультразвуковий генератор створює імпульси високої частоти та напруги.
2. 2. Імпульси від генератора потрапляють на ультразвуковий випромінювач.
3. 3. Ультразвуковий випромінювач здійснює коливання із частотою генератора.
4. 4. Під час вагань з'являється кавітація.
5. 5. Кавітація виконує очищення виробів.

Як працює електродинамічний ультразвуковий випромінювач

 

Електродинамічні випромінювачі в процесі роботи використовують принцип взаємодії електричного струму, який проходить по провіднику, з деяким зовнішнім магнітним полем. До конструкції котушки жорстко прикріплена мембрана, яка коливається із частотою зміни магнітного нуля котушки. При створенні мембрани обов'язково враховують габарити, вагу та пружність мембрани. Ці параметри вибирають те щоб частота власних коливань обов'язково збігалася з частотою зміни магнітного поля котушки. Дана група випромінювачів має мале поширення, оскільки їх ККД значно поступається п'єзоелектричним та магнітострикційним випромінювачам.

Як працює п'єзоелектричний ультразвуковий випромінювач

 

Група п'єзоелектричних випромінювачів займає безперечне лідерство на світовому ринку. Це з високим ККД перетворення. У хороших випромінювачах із застосуванням якісних ультразвукових генераторів ККД перетворення може досягати 85-95%. Принцип роботи даних випромінювачів ґрунтується на п'єзо ефекті. Що це таке? Це процес зміни розмірів деяких кристалів матеріалу під дією доданого електричного поля. До цього явища застосовують термін зворотного п'єзоелектричного ефекту. Застосовуючи цю властивість у процесі виробництва випромінювачів можна отримати складні конструкційні форми, такі як:

• - плоскі;
• - циліндричні;
• - сферичні.

Основний недолік даних випромінювачів – зниження ККД при нагріванні. Скомпенсувати цю особливість можна лише з використанням професійного ультразвукового генератора. Прочитати про те як вибрати генератор можна тут.

Як працює магнітострикційний ультразвуковий випромінювач

 

Робота таких випромінювачів полягає в зміні розмірів твердих тіл у змінному магнітному полі. Наприклад, застосування заліза, нікелю, кобальту та його сплавів. При подачі змінного магнітного поля на пластини цих матеріалів відбуватиметься зміна їх габаритів у просторі з частотою в 2 рази вище частоти самого поля. Конструктивно вони складаються із двох частин:

• - вібратора;
• - акустичного трансформатора.

ККД даних ультразвукових перетворювачів нижчий ніж у п'єзокераміки і становить близько 45-65%. Другим недоліком є складність конструкції генераторів, його збільшена електрична потужність та великі втрати перетворення.