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超声波清洗机换能器的类型选择指南

所有超声清洗系统均使用2种可用类型的超声换能器中的1种,压电换能器和磁致伸缩换能器,这些换能器设计之间存在许多差异,包括它们与“辐射表面”或超声膜片的粘结方式,可以产生的频率以及系统的电效率。本文将详细讨论每个差异。
 
每个超声波清洗机换能器设计如何发挥作用:
      两种换能器设计均通过快速振荡安装在其上的超声振动膜来产生超声活动。但是,每个设计以不同的方式执行此操作。磁致伸缩换能器实质上是由重镍或合金芯制成的电磁体,其上缠绕有导线。当电流通过电线脉冲时,磁芯将以与超声波发生器的输出频率匹配的频率振动,从而在水箱中产生超声波清洁效果。
 
      这是已知的最古老的超声换能器技术,并在开发高效而强大的压电换能器之前使用,与磁致伸缩换能器的50-60%的电效率相比,该压电换能器可提供95%+的电效率。这种效率差异在今天仍然存在,并且是98%的超声设备制造商使用压电换能器的原因之一。
 
 
压电换能器由锆钛酸铅制成,钛酸锆是一种常见的压电材料,当提供适当的频率和电压时会膨胀和收缩。当换能器快速膨胀和收缩时,超声振动膜振动,从而将超声活动引入清洁槽。此设计代表了当前可用的最有效的设计。
 
超声波清洗机换能器粘接方法:
      压电超声系统的大多数制造商都使用高温环氧树脂将换能器固定在其辐射表面上。永利使用冶金螺柱粘结其换能器,并使用环氧树脂防止换能器从该螺柱上掉下来,与单独使用环氧树脂相比,粘结强度大大提高。实际上,如果您用锤子试图将我们的一个换能器从水箱上摔下来,您会在水箱上挖一个孔而不是拆下换能器! 
 
磁致伸缩换能器通过将换能器底座真空钎焊到超声膜片上来粘结。
 
磁致伸缩超声设计的制造商很快指出,真空钎焊换能器粘结优于环氧树脂粘结的换能器。与Zenith竞争者打交道时可能会出现这种情况,但与Zenith的换能器粘接系统相比则不是这种情况。没有冶金螺柱的环氧树脂粘结换能器不能承受恶劣的环境,例如物体可能掉落到隔膜上而可能损坏环氧粘结的环境。但是,在99%的超声清洗操作中都不存在这些环境。另外,可以很容易地保护换能器免受这种损坏。
 
超声波清洗机换能器电效率:
      超声波清洗系统通过将电能转换为机械振动来运行,从而在清洗液中产生超声波气蚀现象。当超声系统高效时,大部分输入电功率都转换为机械振动。例如,在永利生产的压电超声清洗系统的电效率为95-8%。大部分传入的功率都转换为机械振动。这种效率是大多数压电超声系统所共有的,并且是所有超声设备制造商中超过95%使用压电换能器的主要原因之一。
 
磁致伸缩换能器的设计效率极低。要产生与可比较的压电系统相同数量的超声波清洁作用,将需要更多的电功率。这些系统不仅需要更多的电流,而且发电机也非常大,并且可能需要空调或其他特殊的冷却方法,以将组件保持在可接受的工作温度范围内。如前所述,这是一项非常古老的技术,正在作为新产品推向市场。电磁铁不是新技术。 
 
缺乏电效率是将磁致伸缩系统的额定功率定为如此高的主要原因之一,但购买者必须知道这些额定值代表储罐中的输入功率,而不是输出功率。例如,如果磁致伸缩换能器系统的额定功率为1000瓦,则由于电效率低下,储罐中的功率将仅为500-600瓦。
 
超声波清洗机换能器频率选择:
      选择超声清洗系统时,超声工作频率可能是最重要的考虑因素。每个频率都有其独特的特性。低频用于污染严重的大型,无细节零件,并在流体中产生不均匀的清洁作用,而高频则产生更均匀分布的清洁作用,并具有穿透小的盲孔,螺纹区域和其他细节。在上方的“技术信息”下拉菜单的“ 频率选择 ” 下可以找到更多信息。
 
      为磁致伸缩系统选择超声波频率很容易,因为实际上根本没有选择。磁致伸缩系统设计通常在低于30kHz的频率下运行,从而使这些系统不适合大多数超声清洗应用。超声清洗的大多数零件都需要去除精密零件表面上的轻微粘结污染物,这些应用可以 在此范围内使用40kHz,80kHz或多频超声波来解决 。低频会在此类零件上产生不一致的清洁效果,并且零件可能会由于空蚀而损坏 。 
 
      要了解低频系统产生的擦洗动作类型,请查看右侧的顶部照片,该屏幕在25kHz超声波系统中清洁。请注意,低频系统中产生的大面积较低超声功率会产生斑点清洁效果。存在较高的较低区域和较低的功率区域,在此示例中,污染物无法在超声波清洗罐的较低功率的区域中除去。在低频系统中清洁的零件将获得不同级别的超声波功率,这取决于它们在超声波清洁箱中的放置位置。
 
 
下部照片描绘了使用40/80kHz超声系统在相同的清洁液中清洁过的相同样品,40kHz和80kHz超声波的结合所产生的均匀能量分布产生了更加均匀的清洁效果,并且无论罐中的零件位置如何,都能保持一致且均匀的清洁效果。 
40k清洗效果
80K清洗效果
      虽然天顶生产25kHz的超声波系统,他们很少推荐进行超声波清洗的应用程序,除非它们是用相结合为40kHz 的系统。这是在真力时进行超声波测试清洁的数千个样品零件的直接结果。我们的超声波测试服务 用于为我们的潜在客户开发完整的流程。提交零件并在各种超声频率和清洁剂中进行测试,以确定用于给定应用的最佳工艺。
 
      25kHz-30kHz范围内的低频超声清洗系统永远不会比高频系统产生更好的清洗效果。实际上,情况恰恰相反。在40kHz以上的系统中,零件的清洁效率更高。由于这些系统对组件的损害较小,操作更安静,并且在细小区域的清洁效果更好,因此通常建议将这些系统用于任何清洁应用。
 
 
工作噪音问题:
      超声系统的工作频率越低,由于超声系统的频率越接近人类的听觉范围,所产生的声音越多。25kHz和30kHz超声系统的声音太大,以至于它们通常需要昂贵的隔音材料以降低分贝水平。在某些情况下,对于此类系统中的无保护??听力,可能无法将分贝级别降低到OSHA准则之内,这也是通常建议使用更高超声频率的另一个原因。由于磁致伸缩超声系统在这些低频下运行,因此产生的分贝水平非常高,在购买将要安装操作员的超声系统时必须考虑这一点。
 
可靠性
      磁致伸缩超声发生器在如此高的温度下工作,以至于这些系统通常需要大量的额外冷却,例如专用于冷却发生器的空调设备。过多的热量可能导致系统中某些组件过早损坏。为了克服这些问题,大多数磁致伸缩系统制造商使用了能够承受这些高工作温度的更昂贵的大型电子组件,因此发电机外壳明显更大。
 
      经过适当设计的压电清洁系统是高度可靠的电子设备。如果不是的话,没人会买,而且98%的超声波清洁器制造商不会使用它们。发电机是使用表面安装器件,晶体管和常见的MOSFET组件制造的,与磁致伸缩设计相比,其运行温度低。发电机相对较小,重量轻,不需要空调或过度冷却。 
 
      关于换能器的可靠性,压电换能器已经使用了数十年,与使用这些换能器的制造商的2%的主张相反,它们是高度可靠的。这就是为什么Zenith Ultrasonics等压电系统制造商提供10年换能器担保的原因。除非我们非常确定债券的可靠性,否则我们无法提供此类被担保人。
 
      磁致伸缩超声系统的制造商对压电换能器的长期运行可靠性和功率提出了质疑,他们声称换能器会随着时间的流逝而损耗功率,并在内部不断恶化。永利并非如此,并且有超过79年的经验证明并非如此。Zenith对已经使用了20-30年的压电系统进行维修。这些系统具有完美的换能器粘结性,且不会劣化,而且清洁能力与最初安装时的清洁能力相同或更好,因此人们得出的结论是,经过正确设计的压电换能器系统可以根据应用持续使用数十年。
 
 
 
膜片侵蚀
      由于磁致伸缩超声系统在非常低的超声频率下工作,因此 此类系统产生的空化腐蚀远大于较高超声频率的空化腐蚀。空化腐蚀是换能器膜片的劣化,并且对于所有超声清洗系统都是正常的。随着时间的流逝,超声波膜片会慢慢腐蚀,最终会恶化到需要更换的程度。系统的工作频率越低,腐蚀的速度就越快,并且由于磁致伸缩换能器在低频下工作,因此人们可以期待超声振动膜的明显腐蚀。
超声波膜片侵蚀
      为了克服此限制,磁致伸缩系统制造商使用非常厚的材料构造其辐射膜片,从而延长了这些系统的使用寿命。然而,通过增加膜片的厚度,它也变得不那么柔韧性,并且降低了超声箱中的有效清洁能力。散热膜片必须具有足够的柔韧性,以在清洁液中产生压缩/膨胀循环,这项任务要求使用3/8英寸厚的膜片具有巨大的功能。
 
      压电超声系统利用较薄的辐射膜片来最大化清洁罐中的超声功率和能量分布。为了克服过度的空化腐蚀,永利在辐射表面上镀了硬铬,以降低腐蚀速率。  空化腐蚀是产生超声波功率的直接指标。如果隔膜没有腐蚀,则隔膜上没有足够的功率来损坏表面。
 
 
能量分配
      由于磁致伸缩系统以较低的频率运行,因此清洁作用在流体中的分布很差。每个超声40/80kHz表面动作清洁系统都会产生清洁作用,该清洁作用作为一系列等距的清洁作用带分布在流体中,而在这些带之间几乎没有产生清洁作用。在30kHz时,有效的清洁带或 驻波彼此之间相距约1英寸。如果要清洁的部件上有小盲孔,并且这些孔恰好位于驻波之间,则可能无法清洁它们。 
 
      由于压电系统通常在较高的超声波频率下运行,因此,当选择较高的频率时,水箱中产生的清洁作用会更均匀地分布。例如,在 80kHz时,所产生的驻波相距不到1/4英寸。即使在这种系统中,即使最小的盲孔或细微零件区域也能得到有效且均匀的清洁。有关超声能量分布及其与超声波的关系的更多信息频率,选择技术信息下拉菜单,然后选择“ 频率选择”。
换能器能量分配
结论
      阅读以上内容后,可以看到为什么大多数超声设备制造商选择压电换能器。虽然磁致伸缩设计不会受到冲击的破坏,但通过使用安装在储罐中的保护装置可以轻松克服这一问题。压电系统在所有其他方面均具有优势,包括频率选择,储罐中的能量分布,产生的分贝水平,可靠性,设备尺寸和效率。
 

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