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發(fā)表于 2007-9-15 14:59:40
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Re: 超聲波清洗,,去毛刺
超聲波清洗技術(shù)# p" M6 g' s, p
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一,、 被譽(yù)為現(xiàn)代清洗手段的超聲波清洗是利用超聲波在液體介質(zhì)中的空化效應(yīng),對(duì)液體介質(zhì)所到之處拖把體內(nèi)外表面進(jìn)行清洗,,具有優(yōu)質(zhì),、省力、高效和無污染等顯著特點(diǎn),,在西方發(fā)達(dá)工業(yè)國家已得到了廣泛應(yīng)用,,取得了很大的經(jīng)濟(jì)效益。我國也開始逐步推廣使用這種新技術(shù),。
2 K7 \1 _+ d m/ `+ W% d北京東方康明科技開發(fā)有限公司利用豐富的超聲波技術(shù)經(jīng)驗(yàn),,并結(jié)合了國外先進(jìn)技術(shù)和電子元件,開發(fā)了系列化超聲波清洗設(shè)備,。本公司使用的IGBT超聲波電源自九十年代初在國內(nèi)率先投入市場,。電源經(jīng)過多年的不斷完善,采用新的控制方法,,使該產(chǎn)品在技術(shù)上達(dá)到領(lǐng)先水平,,在汽車制造、電子設(shè)備,、電鍍等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用,。目前電源功率可達(dá)數(shù)十千瓦以上,而價(jià)格遠(yuǎn)低于同類進(jìn)口設(shè)備,,且故障率低,、性能穩(wěn)定。 # d5 w* U! a) n) x
本公司提供完善的技術(shù)咨詢和售后服務(wù),。其中電源技術(shù)已被多家采用,。
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* e& t* R9 l y' y8 g: |二,、 超聲波清洗原理( B6 s* F0 H8 T) j9 k
8 p7 W! G: w0 H( }/ K; M. h% d7 u; I 當(dāng)液體介質(zhì)中傳入一定強(qiáng)度的超聲波時(shí),被清洗物體的表面反復(fù)出現(xiàn)加壓和減壓產(chǎn)生空化效應(yīng),,液體內(nèi)出現(xiàn)微小空洞,,當(dāng)聲波達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí),空洞會(huì)發(fā)生劇烈爆炸,,產(chǎn)生強(qiáng)列碰撞,,壓力達(dá).5-50噸/平方厘米,具有很大的能量,,使水分以超過10000G的加速度撞擊被清洗物體的表面,,將污物撞擊下來,從而達(dá)到顯著的清洗效果,,并且這種效果可隨液體到達(dá)被清洗物體的所有表面,,這是手工洗刷,機(jī)械振動(dòng)等常規(guī)手段所無法達(dá)到的,。8 M, i3 x, d. {- l
由于空化效應(yīng)形成時(shí)會(huì)產(chǎn)生聲波壓力和熱效應(yīng),,故可對(duì)細(xì)菌,特別是鏈狀細(xì)菌進(jìn)行打擊,,達(dá)到殺菌消毒的作用,。此外,超聲波具有強(qiáng)烈的乳化作用,,并能起到均勻攪拌,、研磨粉碎和加速化學(xué)反應(yīng)的作用。
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M: z- A: C: }+ A# e三,、 應(yīng)用
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8 e9 b1 \/ V. F: {; U 鑒于上述原理,,超聲清洗可廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè),達(dá)到其它清洗手段難以達(dá)到的目的,。其主要應(yīng)用列舉如下:
: T) ]! D; i# K' n2 \! M4 O(1)機(jī)械零部件的清洗(特別是精密零部件):軸承,、油泵、油嘴,,汽缸,,機(jī)械手表芯和汽車部件(不拆卸清洗),,紡織錠子,,石油鉆頭的零部件(如齒輪,刀具和刃具)等,。 * Q& t$ D* y" g% n, ?6 M% L1 F- \$ i
(2)光學(xué)零部件的清洗:光學(xué)器件,、光學(xué)纖維等。
$ @& z8 p1 P: @8 N(3)液壓元件的清洗6 }- c# A+ U* I+ `$ \
(4)機(jī)電元件的清洗及處理:觸頭,、半導(dǎo)體管座,、高性能電器接頭等,。
9 b1 w$ D1 m% F; X( y8 l) t(5)半導(dǎo)體芯片清洗
; T! k5 q* q. i0 @& ~4 ?! M(6)印刷電路板的清洗
4 W1 S3 H2 A2 s, l(7)金屬制品的表面處理(如除銹,除油,,磷化,,鈍化等), x Z: L6 q0 p
(8)各種玻璃瓶子及器皿的清洗: m0 _/ r+ n! Y/ H: W# G
(9)過濾器的清洗$ @! Q R, k+ E, q9 w- [# c
(10)各種印章的清洗
, B8 }" @8 @3 O% W) K! l(11)貴重金屬的清洗
5 z4 P( N7 O O F$ L9 H) ]7 [7 N(12)鍍前處理
) @" m/ x; h$ j(13)消除高級(jí)繪圖筆的筆頭堵塞
' m6 E+ q5 l8 C8 X: |0 c(14)玉器加工后的清潔處理
: i" |- t3 A9 f2 E/ O" O. a# B(15)材料的分散、超精細(xì)處理; Z7 d% V1 P; m
(16)電爐絲冷拔后的表面處理
0 }1 F6 {' Y- i2 z+ X$ U) a(17)餐具清洗 9 |6 d% B. p/ Q8 e4 H; r
(18)尼龍噴絲板的梳孔清洗
1 G, O" ?" f) T; X& V, _(19)蓄電池橡膠隔板的梳孔清潔處理$ v/ @ L7 j, Y4 t0 w- `
(20)柴油和水的乳化
_/ g2 G% Q& s% Y3 v$ u(21)溶劑的均勻混合: K C8 H9 Q/ z% O/ J1 c
(22)酒的陳化處理
) G) ]1 g$ Q- p2 t(23)種子的超聲浮選. i; k2 Y; f+ c w
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因此,,超聲技術(shù)廣泛用于機(jī)械電子行業(yè),、冶金加工、食品加工,、醫(yī)療衛(wèi)生輕工紡織,、藝術(shù)美術(shù)、印刷行業(yè),、橡膠行業(yè),、醫(yī)藥及家庭領(lǐng)域。此外,,超聲技術(shù)還可用于焊接,、金屬和寶石的鉆孔、金屬切削和研磨等加工過程,,具有廣泛的應(yīng)用前景,。
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四、 產(chǎn)品技術(shù)分析
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& J1 Q! x5 Y1 m& `0 ~( g1,、 超聲電源的發(fā)展( F7 R; f6 L4 H
六十年代初,,我國就開始研制各種功率的超聲波發(fā)生器(超聲電源),到目前為止,,超聲電源經(jīng)歷了以電子管,,晶閘管,晶體三極管,,VMOS和IGBT為開關(guān)元件的發(fā)展過程,。我國電子管組成的發(fā)生器在七十年代已形成。但這種電源的設(shè)備電能的利用率極低,,電源成本高,,體積大。七十年代以后到八十年代初晶閘管電路的發(fā)生器開始投入使用,,這種電源與電子管電源相比其效率有了很大提高,,體積和重量有所下降。但由于受開關(guān)速度的限制和晶閘管開關(guān)特性的影響,,這種電源一般工作在20KHZ以下,,電源的成本也較高,體積大,工作效率仍然不是很理想,。目前仍然有許多公司家生產(chǎn)和使用上述電源,。. b$ O" ]: {8 S+ I
為了減小上述電源的不足,人們廣泛開始研制和使用VMOS電源,,和晶體三管電源相比,,VMOS單極型開關(guān)管開關(guān)速度很高,驅(qū)動(dòng)功率小,,由于管子的制造工藝結(jié)構(gòu)限制,,其中單管的導(dǎo)通電流較小,耐壓較低,,抗沖擊電流和沖擊電壓能力較差,。晶體三極管的驅(qū)動(dòng)功率較大,采用大功率復(fù)合三極管其開關(guān)速度會(huì)大大降低,,這種復(fù)合三極管一般只能在20KHZ以下使用,。因此,VMOS管和晶體三極管一般適和用于較小的清洗機(jī)電源,。) n4 q ^1 [) r; j$ \
針對(duì)上述特點(diǎn),,我們采用了一種開關(guān)速度快、導(dǎo)通電流大,、耐壓高,、抗沖擊能力強(qiáng)、驅(qū)動(dòng)功率小的新型IGBT器件,,并結(jié)和現(xiàn)代控制技術(shù)率先研制出大功率,、系列化超聲波電源,使產(chǎn)品的性能有了很大的提高,,成本大幅度下降,。同時(shí)解決了換能器阻抗變化、中心頻率漂移等所帶來的疑難問題,,成為超聲電源的更新時(shí)代產(chǎn)品,。 $ w, L. G8 G6 d% A
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+ y6 S( z k# E. z2 R# O2、 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)
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超聲波清洗機(jī)主要由清洗槽和超聲電源兩部分組成,,由電纜聯(lián)結(jié),。對(duì)于槽式清洗機(jī)清洗槽的下面裝有換能器;對(duì)于浸入式的清洗機(jī),,換能器密封在不銹鋼盒內(nèi),。換能器將電源送來的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械波,達(dá)到清洗的目的,。
/ V" F! l, A7 b7 M& ~" e' [% U(1) 清洗槽:采用SUS304或316L不銹鋼,,也可根據(jù)具體清洗工藝要求選用特種不銹鋼氬氣保護(hù)焊接,,必須保證絕對(duì)不漏水,。
: B O# o" h! f( o(2) 換能器:采用特種鋯酸鈦鉛壓電陶瓷片及金屬壓塊組合成的振頭,,具有效率高、壽命長,、不易損壞等優(yōu)點(diǎn),,粘接劑選用耐高溫、耐振動(dòng),、高強(qiáng)度的樹脂膠以防脫落,。 # m1 r# _% S' @1 W
(3) 超聲波發(fā)生器:電路結(jié)構(gòu)完善,機(jī)箱面板裝有電源開關(guān),,過載指示,,電表等�,?筛鶕�(jù)用戶需求,,配置數(shù)字定時(shí)器,加裝數(shù)字功率指示器和功率調(diào)節(jié)電路,。2 k! o4 g/ B( D7 S
7 D; G2 e/ m0 \5 k$ w& J8 M3,、 技術(shù)特點(diǎn)
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# N D6 F) I x" d( R9 Z+ W" P ECP系列型超聲波電源作為一種新型技術(shù)產(chǎn)品,其主電路工作于匹配諧振狀態(tài)% I( B: p: n2 F- g6 t
電源具有以下特點(diǎn):
; j# O' u t7 H' ?" @6 B(1) 電路很容易同各種頻率和不同阻抗特性的壓電陶瓷換能器匹配: ^1 W' X7 y* d4 t
(2) 工作頻率范圍寬7 T2 }4 t' Z! G! q
(3) 單機(jī)功率大,,可達(dá)數(shù)千瓦以上
t$ c# O& ?3 G. E7 O ?# z(4) 電源輸入電壓為單相220V或三相380V,。大功率時(shí)采用380V輸入電壓可保證三相電網(wǎng)的平衡。. `! N0 y0 ?& G2 _: O
(5) 便于模塊化設(shè)計(jì),。數(shù)十千瓦以上的清洗機(jī)可由數(shù)百瓦或數(shù)千瓦的功率單元組成,,這樣有利于換能器的優(yōu)化組和,保證換能器都工作在最佳狀態(tài),;同時(shí)每個(gè)功率模塊都有自身的保護(hù)和跟蹤系統(tǒng),,若一個(gè)單元出現(xiàn)故障,其他單元仍能正常工作損壞的單元容易更換,,便于維修,。
; t( |8 \4 i r5 i1 C$ K(6) 每個(gè)IGBT單元可進(jìn)行快速過流保護(hù),有效地保護(hù)開關(guān)管,,使其避免損壞,。
# L. I; n% c' {0 L(7) 具有頻率反饋電路和功率反饋電路,可調(diào)節(jié),、鎖定電路和電壓相位關(guān)系,,避免負(fù)載阻抗隨環(huán)境溫度、水位等因素變化而引起的較大功率波動(dòng),。
7 ]% L: r# o4 e: B# _, T2 Q- r( m(8) 電源具有限定最大功率和最大電流的能力,,從而降低電源的故障率,。
' e H# A: N U% y6 |4 S(9) 可實(shí)現(xiàn)功率調(diào)節(jié)。 : ~5 Z# X5 x; H7 s; S
(10) 具有軟起動(dòng)和欠壓保護(hù)功能,。
- a* l4 T4 [7 a% g- Z) J; i: |2 B! M(11) 具有快速過載保護(hù)和輸出短路保護(hù)功能,。, G7 Z9 d" X# C( b4 ~+ ?
(12) 電源體積小,重量輕,。
! W: Y' \' |7 W& m; f(13) 電源效率高,。. r0 S7 r5 E1 y* R- n6 w* l( I- n
(14) 電源不僅能夠用于超聲清洗,而且還可用于其它超聲波應(yīng)用領(lǐng)域,,如超聲波焊接,、超聲波打孔、超聲波細(xì)胞粉碎等,。
0 J! K& ?" ]- Z 超聲波換能器:采用夾心結(jié)構(gòu),,膠粘加壓組成,使換能器形成一體,,工作穩(wěn)定可% V6 f& r5 N, g+ S. m) T
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+ _% ^% A: j5 U% k) U# S5 k: |& O超聲是指頻率高于20kHz的聲音,,人耳一般聽不見。由于歷史原因和工作特點(diǎn),,少數(shù)頻率低于20kHz的聲波的應(yīng)用也包括在超聲應(yīng)用范圍,。按照習(xí)慣劃分,超聲在國防和國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門的應(yīng)用可分為兩大類,,一類是用較弱的超聲來采集信息,,例如超聲無損探傷及超聲診斷(如B超);另一類是用較強(qiáng)的超聲,,利用它的能量來改變材料的狀態(tài)或性能,,例如超聲清洗,超聲粉碎固體等等,,這類應(yīng)用需要產(chǎn)生大功率的超聲,,我們簡稱為功率超聲。功率超聲在工業(yè),、農(nóng)業(yè),、醫(yī)療衛(wèi)生和環(huán)境保護(hù)等國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門以及國防工業(yè)中已得到廣泛的應(yīng)用。除上面提到的超聲清洗和粉碎外,,還有超聲霧化,、乳化、勻化,、提取和凝聚,;超聲電鍍、搪錫,、浸漬,、過濾和加速干燥,;超聲焊接,超聲加工和超聲研磨,、拋光,;超聲治療和超聲外科術(shù)等。近年來功率超聲又發(fā)展了許多新技術(shù),,例如超聲“幫助”金屬成形(如冷拔金屬絲),,超聲振動(dòng)切削,,超聲疲勞測試,,超聲懸浮,超聲馬達(dá)和聲化學(xué),。聲化學(xué)(Sonochemistry)是近十年來發(fā)展最為迅速的新交叉學(xué)科,,已有一些工業(yè)應(yīng)用。有人預(yù)測它可能給化工生產(chǎn)帶來變革性的變化,。 - z. D) Y0 Z' u+ E
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! E% _' ?4 `' B清洗人人都接觸到,,似乎是極普通而平凡的工作,但是對(duì)一些特殊清洗對(duì)象就不是一件容易的事,。超聲由于它在液體中的空化作用能獲得突出的清洗效果,,在一些清洗難度大而質(zhì)量要求高的場合具有獨(dú)特的地位。 + J; j! H! `& |% z7 I" a Y
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* r/ w( w0 F0 {* L0 R' {* Z: N { ?換能器將超聲頻電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)并通過清洗槽壁向盛在槽中的清洗液輻射超聲波,。存在于液體中的微氣泡(稱為空化核)在聲波的作用下振動(dòng),,當(dāng)聲壓或聲強(qiáng)達(dá)到一定值時(shí),氣泡迅速增長,,然后突然閉合,。在氣泡閉合時(shí),產(chǎn)生沖擊波,,在氣泡周圍產(chǎn)生1012~1013Pa的壓力及局部高溫,,這種物理現(xiàn)象稱為超聲空化�,?栈a(chǎn)生的巨大壓力能破壞不溶性污物而使它們分散于溶液中,。蒸汽型空化對(duì)污垢層的直接反復(fù)沖擊,一方面破壞污物與清洗件表面的吸附,,另一方面也會(huì)引起污物層的疲勞破壞而脫離,。氣體型氣泡的振動(dòng)對(duì)固體表面進(jìn)行擦洗,污層一旦有縫可鉆,,氣泡還能“鉆入”裂縫作振動(dòng),,使污層脫落。由于空化作用,,兩種液體在界面迅速分散而乳化,,當(dāng)固體粒子被油污裹著而粘附在清洗件表面時(shí),,油被乳化,固體粒子自行脫落,。超聲在清洗液中傳播時(shí)會(huì)產(chǎn)生正負(fù)交變的聲壓,,沖擊清洗件,同時(shí)由于非線性效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生聲流和微聲流,,而超聲空化在固體和液體界面上會(huì)產(chǎn)生高速的微射流,,所有這些作用能夠破壞污物,除去或削弱邊界污層,,增加攪拌,、擴(kuò)散作用,加速可溶性污物的溶解,,強(qiáng)化化學(xué)清洗劑的清洗作用,。由引可見,凡是液體能浸到,、聲場存在的地方都有清洗作用,,而且清洗速度快、質(zhì)量高,,特別適用于清洗件表面形狀復(fù)雜,,如空穴、狹縫等的細(xì)致清洗,,易于實(shí)現(xiàn)清洗自動(dòng)化,。在某些場合下可以用水劑代替有機(jī)溶劑進(jìn)行清洗,或降低酸堿的濃度,,對(duì)于一些有損人體健康的清洗,,如清洗放射性污物可以實(shí)現(xiàn)遙控或自動(dòng)化清洗。超聲清洗也有其局限性,,例如對(duì)聲反射強(qiáng)的材料如金屬,、陶瓷和玻璃等清洗效果好,而對(duì)聲吸收大的材料如布料,、橡膠以及粘度大的污物清洗效果差,。 / w: g/ _: C- c# G
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超聲清洗始于本世紀(jì)50年代初,隨著技術(shù)的進(jìn)步應(yīng)用日益擴(kuò)大,。目前已廣泛地用于電子電器工業(yè),,清洗半導(dǎo)體器件、電子管零件,、印刷電路,、繼電器、開關(guān)和濾波器等,;機(jī)械工業(yè)中用于清洗齒輪,、軸承,、油泵油嘴偶件、燃油過濾器,、閥門及其它機(jī)械零件,,大如發(fā)動(dòng)機(jī)及導(dǎo)彈部件,小如手表零件,;在光學(xué)和醫(yī)療器械方面用于清洗各種透鏡,、眼鏡及框、醫(yī)用玻璃器皿,、針管和手術(shù)器具等,;輕紡工業(yè)中用來清洗噴絲頭,食品瓶,、蓋,,模具及雕刻工藝品等等,。
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. O- T; D# y R) f$ j( R上面所舉的超聲清洗例子,,一般都用20~40kHz的低頻超聲,近年來美國發(fā)展了一種稱為Megasonic cleaning的技術(shù),,即用1MHz高頻超聲來清洗大規(guī)模集成電路,,能除去小于1μm的污物,此時(shí)清洗的機(jī)理不是超聲空化,,而主要是粒子的振速及聲流,。90年代美國Crest公司聲稱他們發(fā)明用68kHz的超聲清洗軟盤驅(qū)動(dòng)器,效率比用40kHz高一倍,。 2 m5 t# y1 Q" F6 Z( N9 H$ \$ `
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我國超聲清洗在下面幾個(gè)方面取得較有成效的應(yīng)用:
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1)機(jī)械零部件在電鍍前后的清洗或噴涂前的清洗,,拆修零件的清洗。要求高清潔度如油泵油嘴偶件,、軸承的清洗,。
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2)印刷電路板、硅片,、鐵路系統(tǒng)用的信號(hào)控制繼電器,、元器件、顯像管及電真空器件等的清洗,。 2 ], N8 P! z N) x
. W; W7 {. a7 h0 c7 J [& x$ j3)顯微鏡,、望遠(yuǎn)鏡等光學(xué)系統(tǒng)及取樣玻璃片的清洗。 9 k q$ G( ~1 U0 v- s) G
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4)醫(yī)用器具如口腔和外科器械的清洗,,藥瓶及某些食品瓶,、配藥室、生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中所用瓶罐的清洗,。
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5)噴絲頭,、眼鏡架,、模具、雕刻工藝品等的清洗,。 6 L9 w& N/ l2 L/ f2 E/ W
# t2 w% s/ }+ n最近發(fā)展起來的汽車底盤架的超聲清洗,,配合專用清洗液,將除銹,、去氧化膜及磷化一次清洗處理完成,,烘干后即可噴漆,克服過去人工擦銹,、強(qiáng)酸清洗工藝的特點(diǎn),,既改善勞動(dòng)條件又減少環(huán)境污染。 ) r/ D" D* ]2 V
- Q) W( a) I7 O8 G" |2 \% Y超聲清洗設(shè)備有兩大類:一類是以水溶液作為清洗劑的設(shè)備,,這類設(shè)備包括超聲頻電功率源,,超聲換能器及相應(yīng)的超聲容器和電加熱器;一種是單槽式的,,另一種是多槽(多工位)連續(xù)清洗設(shè)備,,時(shí)常帶有定時(shí)及自動(dòng)輸送裝置。另一類是以揮發(fā)性有機(jī)溶液,,如三氯乙烯,、三氯乙烷和氟里昂等作為清洗劑,這類設(shè)備除了上述各組成部分外,,還需要有冷凝循環(huán),、油水分離及過濾回收有機(jī)溶液的附加設(shè)備。目前國內(nèi)外主要生產(chǎn)和開發(fā)各種專用清洗設(shè)備,、在線生產(chǎn)的成套設(shè)備,。也生產(chǎn)臺(tái)式、小巧的清洗設(shè)備,,如醫(yī)用清洗器及小型的首飾眼鏡家用清洗器,。 $ c: |# O/ P0 C' I6 u
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超聲頻率一般在20~50kHz,小型設(shè)備的電功率只有幾天,,大型成套設(shè)備達(dá)幾十千瓦到上百千瓦,。超聲換能器50~60年代大多采用磁致伸縮換能器,目前大多采用高效率的壓電換能器,;超聲頻電功率源過去用電子管器件,,目前已被淘汰而采用固態(tài)器件,用這種器件制作的設(shè)備效率高而體積小,,利用組合結(jié)構(gòu),,功率可以做得很大,為大功率超聲的擴(kuò)大應(yīng)用創(chuàng)造了良好的條件。
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4 }- T8 t1 K$ L& A \ ~" ]4 ~. k美國生產(chǎn)超聲清洗設(shè)備的公司大約有40多家,,比較有名的約有10家,,西歐國家生產(chǎn)清洗設(shè)備的主要是英、法,、德及瑞士等國,。我國超聲清洗設(shè)備的主要廠商約有10家,小規(guī)模個(gè)體公司不計(jì)其數(shù),。 ) w: `4 I3 a( L7 e
J# K' J; G: P, l5 [6 O國外廠商很注重化學(xué)清洗劑的配套供應(yīng)及清洗工藝的咨詢服務(wù),,而這正是國內(nèi)大多數(shù)廠商最欠缺的,國內(nèi)廠商主要考慮超聲清洗設(shè)備的生產(chǎn),,很少有專門的部門從事清洗劑的研制以適應(yīng)不同清洗對(duì)象的需要,。如果能將超聲清洗設(shè)備和化學(xué)清洗劑很好地結(jié)合起來定會(huì)取得更好的效果,因?yàn)槌暻逑吹闹饕锢頇C(jī)制是超聲的空化現(xiàn)象,,而空化強(qiáng)度除與超聲功率密度,、頻率等有關(guān)外,還與清洗液的粘滯系數(shù),、表面張力,、蒸汽壓和溫度等參數(shù)有關(guān)。目前從環(huán)境保護(hù)角度要求以水基清洗劑代替有機(jī)溶劑進(jìn)行超聲清洗,,而國內(nèi)許多廠家尚未能適應(yīng)這種挑戰(zhàn),,還需要多方面的合作開發(fā)。 |
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