【每日一学】什么是超声波清洗 --- Power By【中国弱电之家网】

被誉为现代清洗手段的超声波清洗是利用超声波在液体介质中的空化效应，对液体介质所到之处拖把体内外表面进行清洗，具有优质、省力、高效和无污染等显著特点，在西方发达工业国家已得到了广泛应用，取得了很大的经济效益。我国也开始逐步推广使用这种新技术。

声波可以分为三种，即次声波、声波、超声波。次声波的频率为20Hz以下；声波的频率为20Hz~20kHz；超声波的频率则为20kHz以上。其中的次声波和超声波一般人耳是听不到的。超声波由于频率高、波长短，因而传播的方向性好、穿透能力强，这也就是为什么设计制作超声波清洗机的原因。

超声波如何完成清洗工作
超声波清洗是利用超声波在液体中的社会化作用、加速度作用及直进流作用对液体和污物直接、间接的作用，使污物层被分散、乳化、剥离而达到清洗目的。目前所用的超声波清洗机中，空化作用和直进流作用应用得更多。

（1）空化作用：空化作用就是超声波以每秒两万次以上的压缩力和减压力交互性的高频变换方式向液体进行透射。在减压力作用时，液体中产生真空核群泡的现象，在压缩力作用时，真空核群泡受压力压碎时产生强大的冲击力，由此剥离被清洗物表面的污垢，从而达到精密洗净目的。在超声波清洗过程中，肉眼能看见的泡并不是真空核群泡，而是空气气泡，它对空化作用产生抑制作用降低清洗效率。只有液体中的空气气泡被完全脱走，空化作用的真空核群泡才能达到最佳效果。

（2）直进流作用：超声波在液体中沿声的传播方向产生流动的现象称为直进流。声波强度在0.5W/cm2时，肉眼能看到直进流，垂直于振动面产生流动，流速约为10cm/s。通过此直进流使被清洗物表面的微油污垢被搅拌，污垢表面的清洗液也产生对流，溶解污物的溶解液与新液混合，使溶解速度加快，对污物的搬运起着很大的作用。

（3）加速度：液体粒子推动产生的加速度。对于频率较高的超声波清洗机，空化作用就很不显著了，这时的清洗主要靠液体粒子超声作用下的加速度撞击粒子对污物进行超精密清洗。

超声波清洗原理
当液体介质中传入一定强度的超声波时，被清洗物体的表面反复出现加压和减压产生空化效应，液体内出现微小空洞，当声波达到一定强度时，空洞会发生剧烈爆炸，产生强列碰撞，压力达.5-50吨/平方厘米，具有很大的能量，使水分以超过10000G的加速度撞击被清洗物体的表面，将污物撞击下来，从而达到显著的清洗效果，并且这种效果可随液体到达被清洗物体的所有表面，这是手工洗刷，机械振动等常规手段所无法达到的。

由于空化效应形成时会产生声波压力和热效应，故可对细菌，特别是链状细菌进行打击，达到杀菌消毒的作用。此外，超声波具有强烈的乳化作用，并能起到均匀搅拌、研磨粉碎和加速化学反应的作用。

超声波清洗技术的应用
鉴于上述原理，超声清洗可广泛地应用于各行各业，达到其它清洗手段难以达到的目的。其主要应用列举如下：

（1）机械零部件的清洗（特别是精密零部件）：轴承、油泵、油嘴，汽缸，机械手表芯和汽车部件（不拆卸清洗），纺织锭子，石油钻头的零部件（如齿轮，刀具和刃具）等。

（2）光学零部件的清洗：光学器件、光学纤维等。

（3）液压元件的清洗

（4）机电元件的清洗及处理：触头、半导体管座、高性能电器接头等。

（5）半导体芯片清洗

（6）印刷电路板的清洗

（7）金属制品的表面处理（如除锈，除油，磷化，钝化等）

（8）各种玻璃瓶子及器皿的清洗

（9）过滤器的清洗

（10）各种印章的清洗

（11）贵重金属的清洗

（12）镀前处理

（13）消除高级绘图笔的笔头堵塞

（14）玉器加工后的清洁处理

（15）材料的分散、超精细处理

（16）电炉丝冷拔后的表面处理

（17）餐具清洗

（18）尼龙喷丝板的梳孔清洗

（19）蓄电池橡胶隔板的梳孔清洁处理

（20）柴油和水的乳化

（21）溶剂的均匀混合

（22）酒的陈化处理

（23）种子的超声浮选

因此，超声技术广泛用于机械电子行业、冶金加工、食品加工、医疗卫生轻工纺织、艺术美术、印刷行业、橡胶行业、医药及家庭领域。此外，超声技术还可用于焊接、金属和宝石的钻孔、金属切削和研磨等加工过程，具有广泛的应用前景。

超声波清洗产品技术分析
1、超声电源的发展

六十年代初，我国就开始研制各种功率的超声波发生器（超声电源），到目前为止，超声电源经历了以电子管，晶闸管，晶体三极管，VMOS和IGBT为开关元件的发展过程。我国电子管组成的发生器在七十年代已形成。但这种电源的设备电能的利用率极低，电源成本高，体积大。七十年代以后到八十年代初晶闸管电路的发生器开始投入使用，这种电源与电子管电源相比其效率有了很大提高，体积和重量有所下降。但由于受开关速度的限制和晶闸管开关特性的影响，这种电源一般工作在20KHZ以下，电源的成本也较高，体积大，工作效率仍然不是很理想。目前仍然有许多公司家生产和使用上述电源。

为了减小上述电源的不足，人们广泛开始研制和使用VMOS电源，和晶体三管电源相比，VMOS单极型开关管开关速度很高，驱动功率小，由于管子的制造工艺结构限制，其中单管的导通电流较小，耐压较低，抗冲击电流和冲击电压能力较差。晶体三极管的驱动功率较大，采用大功率复合三极管其开关速度会大大降低，这种复合三极管一般只能在20KHZ以下使用。因此，VMOS管和晶体三极管一般适和用于较小的清洗机电源。

针对上述特点，我们采用了一种开关速度快、导通电流大、耐压高、抗冲击能力强、驱动功率小的新型IGBT器件，并结和现代控制技术率先研制出大功率、系列化超声波电源，使产品的性能有了很大的提高，成本大幅度下降。同时解决了换能器阻抗变化、中心频率漂移等所带来的疑难问题，成为超声电源的更新时代产品。

2、产品结构

超声波清洗机主要由清洗槽和超声电源两部分组成，由电缆联结。对于槽式清洗机清洗槽的下面装有换能器；对于浸入式的清洗机，换能器密封在不锈钢盒内。换能器将电源送来的电能转换为机械波，达到清洗的目的。

（1）清洗槽：采用SUS304或316L不锈钢，也可根据具体清洗工艺要求选用特种不锈钢氩气保护焊接，必须保证绝对不漏水。

（2）换能器：采用特种锆酸钛铅压电陶瓷片及金属压块组合成的振头，具有效率高、寿命长、不易损坏等优点，粘接剂选用耐高温、耐振动、高强度的树脂胶以防脱落。

（3）超声波发生器：电路结构完善，机箱面板装有电源开关，过载指示，电表等。可根据用户需求，配置数字定时器，加装数字功率指示器和功率调节电路。

3、技术特点

ECP系列型超声波电源作为一种新型技术产品，其主电路工作于匹配谐振状态

电源具有以下特点：

（1）电路很容易同各种频率和不同阻抗特性的压电陶瓷换能器匹配

（2）工作频率范围宽

（3）单机功率大，可达数千瓦以上

（4）电源输入电压为单相220V或三相380V。大功率时采用380V输入电压可保证三相电网的平衡。

（5）便于模块化设计。数十千瓦以上的清洗机可由数百瓦或数千瓦的功率单元组成，这样有利于换能器的优化组和，保证换能器都工作在最佳状态；同时每个功率模块都有自身的保护和跟踪系统，若一个单元出现故障，其他单元仍能正常工作损坏的单元容易更换，便于维修。

（6）每个IGBT单元可进行快速过流保护，有效地保护开关管，使其避免损坏。

（7）具有频率反馈电路和功率反馈电路，可调节、锁定电路和电压相位关系，避免负载阻抗随环境温度、水位等因素变化而引起的较大功率波动。

（8）电源具有限定最大功率和最大电流的能力，从而降低电源的故障率。

（9）可实现功率调节。

（10）具有软起动和欠压保护功能。

（11）具有快速过载保护和输出短路保护功能。

（12）电源体积小，重量轻。

（13）电源效率高。

（14）电源不仅能够用于超声清洗，而且还可用于其它超声波应用领域，如超声波焊接、超声波打孔、超声波细胞粉碎等。

超声波换能器：采用夹心结构，胶粘加压组成，使换能器形成一体，工作稳定可靠。