Улаштування ультразвукового випромінювача

У цій статті ми розглянемо пристрій ультразвукового випромінювача для ванн та гомогенізаторів та дамо відповіді на часті питання.

Як влаштований ультразвуковий випромінювач

Ультразвуковий п'єзовипромінювач має обов'язкові елементи своєї конструкції, такі як:

1. 1. П'єзокераміка.
2. 2. Задній драйвер.
3. 3. Передній драйвер.

У ролі п'єзокераміки зазвичай виступає синтетична кераміка з титанату барію або цирконат-титанату свинцю. Найпоширеніші типи кераміки на українському ринку – це PZT4 або PZT8.

В основі технології ультразвукової генерації лежить принцип зміни розмірів кристалів кераміки п'єзо в електричному полі. Це називають зворотним п'єзоелектричним ефектом. В основному кераміка має вигляд кільця (найчастіша форма).

Задній драйвер і передній драйвер служать для стягування керамічних пластин або кілець з метою їх застосування в ультразвуковому очисному устаткуванні (і не лише). Ці 2 драйвера конструктивно можуть мати різний вигляд, тому вид готового випромінювача може відрізнятися за своєю конструкцією.

Влаштування ультразвукового випромінювача для ванни

Устрій класичного ультразвукового випромінювача для ванн показано на зображенні нижче. Складові відзначені відповідними цифрами. Ультразвуковий випромінювач для ванни складається з таких основних частин:

1. 1. П'єзокерамічні кільця.
2. 2. Електричні контакти випромінювача.
3. 3. Задній притискний диск.
4. 4. Передній рупор.
5. 5. Стягуючий болт.

 

Задній притискний диск інакше називають задній драйвер або відбивач. Передній рупор називається концентратор або передній драйвер, інакше хвилевід. Болт стягує всю конструкцію в єдине ціле. На клеми подається сигнал від ультразвукового генератора, який приводить випромінювач у роботу. Той, своєю чергою, створює кавітацію. Принцип роботи ультразвукового пьезоизлучателя розглянуто докладніше у цій статті.

Устрій ультразвукового випромінювача для гомогенізатора

Ультразвукові випромінювачі для гомогенізатора можуть мати різну конструкцію та набірні частини. Конструкція УЗ випромінювача для гомогенізатора складається з:

1. 1. Стягуючий болт.
2. 2. Задній драйвер.
3. 3. П'єзокерамічні кільця.
4. 4. Рупор він же концетратор.
5. 5. Змінний сонотрод.

 

На малюнку вище цифрою «6» позначено різноманітний зовнішній вигляд змінних сонотродів. Їх конструкція залежить від потужності УЗ гомогенізатора та завдань. Детально про ультразвукову гомогенізацію читайте у статті «Ультразвукове розчинення». УЗ випромінювачі для гомогенізатора можуть бути укомплектовані бустером, який служить для посилення передачі хвильової енергії від концентратора.

Схема ультразвукового випромінювача

УЗ п'єзо випромінювач є ємнісним елементом і може бути позначений на схемах. На малюнку нижче вказано його основні позначення.

 

"1" - електрична принципова схема позначення ультразвукового випромінювача.

"2" - схема заміщення УЗ випромінювача.

"3" - графічне позначення елемента Ланжевена на структурних схемах.

Цифрою «1» так само вказано спрощену електричну схему підключення до УЗГ. Частота роботи УЗГ може бути від 18 кГц до необхідного значення. Зазвичай це до 120 кГц.

Діаграма спрямованості ультразвукового випромінювача

Ультразвукові випромінювачі для ванн мають форму, яка чимось нагадує дзвіночок. Така форма обрана не так просто і базується на складних фізико-технічних розрахунках. Конструктивно дана форма обрана таким чином, щоб отримати максимальне ККД від одного випромінювача при його роботі в рідкому середовищі.

Під час роботи випромінювача з'являються зони впливу інтенсивності ультразвуку. Зони впливу випромінювача поділяються на:

• - ближня зона;
• - далека зона.

Близька зона – це зона біля самого випромінювача. У цій зоні УЗ хвиля не має розбіжності в сторони і є спрямованим циліндром. Саме з цієї причини, вироби розташовані надто близько до випромінювача отримують лише точкове очищення поверхні. Найближча зона називається зона Френеля.

У дальній зоні випромінювання ми спостерігаємо розбіжність хвилі і пучок перетворюється на усічений конус. Кут розходження хвилі зменшується зі збільшенням частоти і діаметра п'єзо кілець. Якщо розглянути переріз конуса випромінювання, то розподіл енергії на його поверхні не буде рівномірним. Максимальна інтенсивність буде на осі пучка. У свою чергу мінімальна на периферії конуса випромінювання. Далеку зону називають зоною Фраунгофера.

Графічно можна зобразити спрямованість випромінювання через діаграму спрямованості.

Діаграма спрямованості – графічне зображення залежності розподілу інтенсивності ультразвукового пучка від кута розбіжності. Діаграма спрямованості зображується у полярних координатах.

 

Ширина діаграми спрямованості обумовлена областю зниження інтенсивності до 0,61 від номінального значення.

На малюнку вище вказано:

Цифра «1» - основна пелюстка. Містить до 85% енергії всього поля.

Цифра "2" - бічні пелюстки.

Цифра «1*» - нормаль основної пелюстки.

Зона Фраунгофера – це основна робоча зона при очищенні.