Устройство ультразвукового излучателя

этой статье мы рассмотрим устройство ультразвукового излучателя для ванн и гомогенизаторов и дадим ответы на частые вопросы.

Как устроен ультразвуковой излучатель

Ультразвуковой пьезоизлучатель имеет обязательные элементы своей конструкции такие как:

1. 1. Пьезокерамика.
2. 2. Задний драйвер.
3. 3. Передний драйвер.

В роли пьезокерамики обычно выступает синтетическая керамика из титаната бария или цирконат-титаната свинца. Самые распространенные типы керамики на украинском рынке это PZT4 или PZT8.

В основе технологии ультразвуковой генерации лежит принцип изменения размеров кристаллов пьезо керамики в электрическом поле. Это явление называют обратным пьезоэлектрическим эффектом. В основном керамика имеет вид кольца (самая частая форма).

Задний драйвер и передний драйвер служат для стягивания керамических пластин или колец с целью их применения в ультразвуковом очистительном оборудовании (и не только). Эти 2 драйвера конструктивно могут иметь различный вид, поэтому вид готового излучателя может отличаться по своей конструкции.

Устройство ультразвукового излучателя для ванны

Устройство классического ультразвукового излучателя для ванн показано на изображении ниже. Составные части отмечены соответствующими цифрами. Ультразвуковой излучатель для ванны состоит из таких основных частей:

1. 1. Пьезокерамические кольца.
2. 2. Электрические контакты излучателя.
3. 3. Задний прижимной диск.
4. 4. Передний рупор.
5. 5. Стягивающий болт.

 

Задний прижимной диск по другому называют задний драйвер или отражатель. Передний рупор называется концентратор или передний драйвер, по другому волновод. Болт стягивает всю конструкцию в единое целое. На клеммы подается сигнал от ультразвукового генератора, который приводит излучатель в работу. Тот, в свою очередь, создает кавитацию. Принцип работы ультразвукового пьезоизлучателя рассмотрен более подробно в этой статье.

Устройство ультразвукового излучателя для гомогенизатора

Ультразвуковые излучатели для гомогенизатора могут иметь различную конструкцию и иметь наборные части. Конструкция УЗ излучателя для гомогенизатора состоит из:

1. 1. Стягивающий болт.
2. 2. Задний драйвер.
3. 3. Пьезокерамические кольца.
4. 4. Рупор он же концетратор.
5. 5. Сменный сонотрод.

 

На рисунке выше, цифрой «6» обозначено разнообразный внешний вид сменных сонотродов. Их конструкция зависит от мощности УЗ гомогенизатора и задач.  Подробно про ультразвуковую гомогенизацию читайте в статье «Ультразвуковое растворение». УЗ излучатели для гомогенизатора могут быть укомплектованы бустером, который служит для усиления передачи волновой энергии от концентратора.

Схема ультразвукового излучателя

УЗ пьезо излучатель является емкостным элементом и может быть обозначен на схемах. На рисунке ниже указаны его основные обозначения.

 

«1» - электрическая принципиальная схема обозначения ультразвукового излучателя.

«2» - схема замещения УЗ излучателя.

«3» - графическое обозначение элемента Ланжевена на структурных схемах.

Цифрой «1» так же указана упрощенная электрическая схема подключения к УЗГ. Частота работы УЗГ может быть от 18 кГц и до требуемого значения. Обычно это до 120 кГц.

Диаграмма направленности ультразвукового излучателя

Ультразвуковые излучатели для ванн имеют форму, которая чем-то напоминает колокольчик. Такая форма выбрана не просто так и базируется на сложных физико-технических расчетах. Конструктивно данная форма выбрана таким образом, чтобы получить максимальное КПД от одного излучателя при его работе в жидкой среде.

Во время работы излучателя появляются зоны воздействия интенсивности ультразвука. Зоны воздействия излучателя разделяются на:

• - ближняя зона;
• - дальняя зона.

Ближняя зона – это зона возле самого излучателя. В этой зоне УЗ волна не имеет расхождения в стороны и представляет собой направленный цилиндр. Именно по этой причине, изделия расположенные слишком близко к излучателю получают только точечную очистку поверхности. Ближняя зона называется зона Френеля.

В дальней зоне излучения мы наблюдаем расхождение волны и пучок превращается в усеченный конус. Угол расхождения волны уменьшается при увеличении частоты и диаметра пьезо колец. Если рассмотреть сечение конуса излучения, то распределение энергии по его поверхности не будет равномерным. Максимальная интенсивность будет на оси пучка. В свою очередь, минимальная на периферии конуса излучения. Дальнюю зону называют зоной Фраунгофера.

Графически можно изобразить направленность излучения через диаграмму направленности.

Диаграмма направленности – графическое изображение зависимости распределения интенсивности ультразвукового пучка от угла расхождения. Диаграмма направленности изображается в полярных координатах.

 

Ширина диаграммы направленности обусловлена областью снижения интенсивности до 0,61 от номинального значения.

На рисунке выше указаны:

Цифра «1» - основной лепесток. Содержит до 85% энергии всего поля.

Цифра «2» - боковые лепестки.

Цифра «1*» - нормаль основного лепестка.

Зона Фраунгофера это основная рабочая зона при очистке.