Погружной ультразвуковой преобразователь это устройство, предназначенное для передачи в жидкую среду ультразвуковых колебаний, содержащие герметичный корпус с диафрагмой, являющейся частью поверхности этого корпуса, внутри которого расположены и закреплены на диафрагме пьезоэлектрические излучатели, электроды, которых электрически соединены с высокочастотным кабелем, служащим для подачи на пьезоэлектрические излучатели высокочастотного электрического напряжения от генератора ультразвуковой частоты.
Используется для возбуждения в жидкой моющей среде ультразвуковой кавитации, обеспечивающей интенсификацию процессов очистки деталей от загрязнений. Применяются в ваннах для ультразвуковой очистки объемом свыше 50 л.
Рис.1 Погружной преобразователь
в У.З. ванне
Устройство ультразвукового погружного преобразователя схематично показана на рис.1.
Генератор подключается к сети 220 вольт 50 Гц и преобразует частоту напряжения до 25.000 гц (25 кГц) или 35 кГц. в зависимости от конструкции погружного преобразователя.
Высокочастотное напряжение подается по кабелю в герметичный корпус преобразователя, изготовленный из нержавеющей стали внутри которого смонтированы пьезоэлектрические излучатели, соединенные параллельно.
Рис.2 Устройство пьезоэлектрического излучателя
Пьезоэлектрический излучатель является основным узлом погружного ультразвукового преобразователя. Устройство этого излучателя показано на рис.2.
Излучатель имеет две пьезоэлектрических пластины (пьезоэлементы), расположенные между двумя металлическими накладками: стальной расположенной с задней стороны и алюминиевой - с передней.
Пьезоэлементы стянуты в одно целое с накладками посредством центрального болта. На центральный электрод, расположенный между пьезоэлементами, подается высокочастотное напряжение.
Пьезоэлектрический излучатель преобразует электрическую энергию в высокочастотные механические колебания, которые передаются диафрагме погружного преобразователя, от которой эти колебания передаются в моющую жидкость.
Количество пьезоэлектрических излучателей в погружном ультразвуковом преобразователе может составлять от 4-х до 11-ти и более штук.
Закрепляются пьезоэлектрические излучатели на диафрагме посредством клеевого соединения.
Рис.3 Погружной преобразователь
Общий вид ультразвукового погружного преобразователя с частично вырезанной задней крышкой показан на рис.3. Видно, что пьезоэлектрические излучатели расположены в несколько рядов по два в каждом ряду.
Погружные ультразвуковые преобразователи могут использоваться как в специально разработанных для них ваннах ультразвуковой очистки, так и в уже имеющихся у заказчика очистных ванны. Удобство этих преобразователей состоит в том, что они могут быть легко установлены в различные части объема ванны.
В отличие от ультразвуковых преобразователей, прочно прикрепленных к ванне очистки снизу или сбоку, погружные преобразователя могут быть заменены в течение нескольких минут.
Генератор для питания погружных преобразователей высокочастотным напряжением может располагаться от ультразвуковой ванны на расстоянии до 6 метров.
Способы монтажа погружных преобразователей в ванне ультразвуковой очистки
Погружные преобразователи могут быть размещены в ваннах для очистки тремя различными способами:
- размещением преобразователя на дне ванны;
- навешиванием на стенку ванны;
- креплением преобразователя на стенке ванны.
Рис.4 Размещение преобразователя в УЗ ванне
Первые два способа не требуют выполнения отверстий в стенке ванны.
Некоторые виды крепления погружного преобразователя в ванне для ультразвуковой очистки показаны на рис.4.
При размещении преобразователя на дне ванны надо учитывать высоту слоя моющего раствора над диафрагмой преобразователя.
Следует стремиться к тому, чтобы высота этого слоя была бы кратна половины длины волны ультразвуковых колебаний, передаваемых в моющий раствор погружным преобразователем.
В этом случае за счет отражения волн ультразвуковых колебаний от границы вода-воздух в моющем растворе создается зона стоячих волн (явление реверберации). При реверберации ультразвуковых волн в жидкости эффективность ультразвуковой очистки несколько выше.
В качестве примера определим оптимальную высоту этого слоя для конкретного погружного преобразователя.
Известно, что скорость звука в воде составляет 1485 м/сек. Длина волны ультразвуковых колебаний равна частному от деления скорости звука на частоту этих колебаний.
Предположим что мы имеем погружной ультразвуковой излучатель частота колебаний диафрагмы которого составляет 25 000 гц (25 кГц). Длина волна в этом случае будет 0,0594 м. Половина длины волны равна 0,0297 м. или 2,97 см. Оптимальная высота жидкости в этом случае над поверхностью погружного преобразователя должна быть 2,97см x n где n-любое целое положительное число.
Рис.5 Стоячие волны в УЗ ванне
Например, для n=40 оптимальная высота уровня моющего раствора над поверхностью погружного преобразователя составит 2,97х40=118.8 см. Изложенное выше иллюстрируется рис.5.
Размещение погружных ультразвуковых преобразователей на стенках ванны очистки рекомендуется в том случае, когда ее глубина более чем в два раза меньше ее ширины или длины. При этом преобразователи могут размещаться как на одной стенке ванны так и на ее противоположных стенках.
На видеоролике показано размещение погружных преобразователей на боковых стенках ванны и работа погружных ультразвуковых преобразователей, размещенных на дне ванны.
Погружные преобразователи в работе
Выбор оптимальной частоты для погружного преобразователя
При распространении в жидкости ультразвуковых колебаний возникает явление, называемое кавитацией, под которой понимается образование в жидкости кавитационных полостей в фазе разряжения звуковой волны и последующее ее захлопывание в фазе сжатия.
Рис.6 Влияние частоты на уз кавитацию
Поведение кавитационных полостей при изменении частоты колебаний показано на графике на рис.6.
По оси ординат с левой стороны показана величина энергии выделяемой при захлопывании единичной кавитационной полости (энергия кавитации) а по оси ординат справа показано число кавитационных полостей в единице объема жидкости.
Как видно из графика с увеличением частоты ультразвуковых колебаний количество кавитационных полостей в жидкости увеличивается, а энергия кавитации уменьшается.
С понижением частоты ультразвуковых колебаний число кавитационных полостей в жидкости уменьшается, а энергия кавитации увеличивается.
При этом для каждой частоты ультразвуковых колебаний произведение энергии выделяемой кавитационной полостью при ее захлопывании на число этих пузырьков в жидкости является величиной постоянной примерно равной энергии передаваемой в жидкость ультразвуковым погружным преобразователем.
Подробно влияние частоты ультразвуковых колебаний на количество кавитационных полостей рассмотрено на сайте
Для практики важно, чтобы число кавитационных полостей было бы как можно больше, но при этом энергия кавитации должна быть достаточной для удаления загрязнений. Таким образом, для очистки деталей от загрязнений непрочно связанных с поверхностью (жиры, масла) следует применять преобразователи с частотой 35-40 кГц а для очистки деталей от загрязнений прочно связанных с поверхностью (полировальные пасты, лаковые и полимерные пленки) следует применять погружные преобразователи с более низкой частотой 20-25 кГц.
сменить рисунок
Рис.7 УЗ ванна с преобразователями разной частоты
Наиболее оптимальным решением является создание таких уcловий, когда чиcло кавитационных полостей было бы велико и при этом энергия кавитации также была бы большой.
Эти условия реализуются в ванне ультразвуковой очистки с погружными преобразователями, расположенными на ее стенках, как показано на рис.7. Другой вариант расположения погружных преобразователей можно увидеть, если подвести курсор к этому рисунку.
В этом случае применяются два преобразователя с разными частотами колебаний 25 и 35 кГц. Преобразователь с частотой в 35 кГц обеспечивает создание в объеме моющей жидкости большего количества кавитационных полостей, а преобразователь с частотой в 25 кГц увеличивает энергию кавитации этих полостей.
Оптимальное количество погружных преобразователей для ванны очистки
При определении числа необходимых погружных преобразователей надо исходить из того, что максимальная эффективность ультразвуковой очистки достигается при ультразвуковой мощности 10...30 ватт на 1 литр объема ванны.
Так например, для ванны объемом 50 литров достаточно двух преобразователей модели ПП25.8 (см.таблицу ниже).
Для больших по объему ванн ультразвуковой очистки, например свыше 250 литров, удовлетворительные результаты достигаются и при ультразвуковой мощности 4.5 ватт на 1 литр объема ванны. Например, для ванны объемом 1000 л достаточно 11 преобразователей модели ПП25.8
В настоящее время на отечественном рынке имеется много конструкций ультразвуковых погружных преобразователей.
В таблице приведены технические характеристики погружных ультразвуковых преобразователей компании ООО ТНЦ Техносоник (Москва).
В данной статье не рассмотрены полностью все аспекты конструкции и использования погружных ультразвуковых преобразователей. Однако представленный материал может быть полезен для специалистов перед которыми впервые поставлены конкретные задачи по выбору оптимального варианта ультразвуковой ванны для очистки изделий.
Приветствую. В этой статье я расскажу о том, как по несложным схемам изготавливается ультразвуковая ванна своими руками. Кроме того, вы узнаете о том, что собой представляет этот прибор, зачем он нужен и насколько он эффективен в работе.
Ультразвуковую ванну возможно сделать своими руками в домашних условиях. Она придет на помощь при очистке предметов от ржавчины, грязи и налета. Все что нам для этого нужно – это учитывать технологию производства прибора и не отступать от общих правил и рекомендаций. Ультразвуковое устройство позволяет в кратчайшие сроки эффективно удалить загрязнения на разнообразных деталях, узлах и инструментах. Также огромным преимуществом данного прибора является то, что им возможно очистить те изделия, для которых механический способ очистки категорически запрещен.
Общие сведения
Если еще сравнительно недавно, очистка ультразвуком была чем-то из разряда фантастики, то сегодня бытовые приборы, работающие по этому принципу, приобретаются за небольшие деньги в небезызвестном китайском онлайн магазине. Впрочем, несмотря на то, что цена прибора доступна многим, можно попробовать собрать его самостоятельно.
Уверен, тема статьи будет интересна не только тем читателям, которые любят что-либо собрать своими руками, но и тем людям, которые до сих пор не определились с тем, нужен им прибор для ультразвуковой очистки или нет.
Все, что нужно знать о УЗ-ваннах
В большинстве мастерских, занятых ремонтом ювелирных украшений, мобильных телефонов и прочей бытовой электроники наверняка есть ультразвуковая ванна, с помощью которой можно без особых усилий отмыть те или иные загрязнения.
В сравнении с механическим способом удаления загрязнений, применение ультразвуковых ванн обеспечивает следующие преимущества:
- Быстрое удаление загрязнений без необходимости что-либо мыть своими руками;
- Удаление грязи из труднодоступных мест (особенно актуально для печатных плат и ювелирных украшений со сложной конфигурацией;
- Отсутствие механических повреждений после окончания чистки.
Сфера применения прибора распространяется на такие области, как:
- Ювелирные и реставрационные мастерские;
- Мастерские по ремонту бытовых электроприборов;
- Химические лаборатории и медицинские учреждения, где есть необходимость в тщательной очистке инструмента;
- Мастерские по ремонту автотранспортных средств, где есть необходимость в тщательной очистке отдельных механизмов, узлов в сборе, аппаратуры и т.п.
Ультразвуковые ванны (далее по тексту УЗ-ванны) работают по принципу кавитации звукового давления, которое образуется в жидкой среде под действием ультразвука. То есть, в жидкости образуется большое количество гравитационных воздушных пузырьков и при их лопании возникает эффект звукового давления.
Чтобы было еще понятнее, каждый небольшой пузырёк воздуха лопаясь, создает эффект микровзрыва. Большое количество микровзрывов, пропорциональное количеству пузырьков в ванне создает давление, достаточное для отшелушивания частиц грязи, ржавчины и всего того, от чего вы бы хотели те или иные предметы.
Конструкция УЗ-ванны состоит из следующих компонентов:
- Металлическая ёмкость, изготовленная из нержавеющей ;
Сфера применения прибора, в первую очередь, определяется размерами металлической ванны. Например, для очистки печатных плат чаще всего используются приборы с объемом до 1 литра. Для других нужд применяются более вместительные ванны.
- Электронный ультразвуковой генератор – служит источником вибраций;
- Излучатель – преобразовывает электрические колебания в механические и передает их на стенки емкости;
- Блок управления, с которого задаются параметры режимов и продолжительности очистки.
Что использовать в качестве моющего средства
Нужно понимать, что УЗ-ванна, сама по себе, не моет, а всего лишь усиливает действие применённого растворителя. Поэтому так важно правильно подобрать ту жидкость для ультразвуковой ванны, которая будет соответствовать типу загрязнения.
Ни в коем случае нельзя включать пустую или полупустую ванну. Уровень жидкости должен составлять не менее 2/3 от высоты борта емкости. При меньшем уровне напряжение на генераторе резко увеличивается и в результате может потребоваться ремонт прибора.
Производители ультразвуковых ванн рекомендуют наливать в емкость специальные жидкости, такие как Zestron FA+, Flux-off, Solins-us и т.п. На практике покупатели приборов используют самые разные средства, начиная с дистиллированной воды и заканчивая растворителем уайт-спирит.
Чтобы добиться максимально возможного качества очистки металлических и полимерных предметов от различных загрязнений, могу посоветовать следующие средства: дистиллированная вода, бензин «калоша», любые спиртосодержащие средства для мытья стекол, ацетон (только для металлических предметов).
Если предполагается отмывать металлические предметы от ржавчины, рекомендую в качестве моющей жидкости использовать водный раствор ортофосфорной кислоты или преобразователь ржавчины.
В инструкции прибора указано то, что применение легковоспламеняющихся веществ в качестве моющих жидкостей запрещено. Это объясняется тем, что металлическая ёмкость в процессе работы устройства нагревается. Для того, чтобы применять ацетон или бензин, советую устанавливать режим небольшой длительности, в течении которого ванна не успеет нагреться.
Как собрать ультразвуковую мойку самому
Чтобы собрать ультразвуковую ванну своими руками, помимо деталей, указанных на схеме, понадобится следующее:
К сведению – миска для столовых изготовлена из тонкой нержавейки и стоит не больше 100 руб.
- Ванночка до литра из нержавеющей стали – чем легче, тем лучше;
- Отрезок пластиковой трубы или другая конструкция – для использования в качестве подставки под емкость;
- Блок питания на 12 В;
- Ферритовый стержень – подойдет интегрированная антенна из радиоприемника;
- Ультразвуковой излучатель – мощность 80 Вт
- Эпоксидный клей.
Инструкция сборки следующая:
- Делаем дроссель – на ферритовый стержень наматываем 20 витков мягкой медной проволоки с диаметром 1-1,5 мм;
- Делаем дроссель по питанию – можно использовать готовый из старого компьютерного блока питания;
- Ультразвуковой излучатель приклеиваем к дну металлической ёмкости, располагая строго по центру;
- В соответствии с монтажной схемой, паяем плату;
- В соответствии со схемой, собираем цепь;
- Блок питания (выходной трансформатор) подключаем к обмотке на 5 В.
Как проверить эффективность ванны?
В качестве теста можно что-нибудь очистить от грязи, но это займёт много времени. Для быстрого теста эффективности опустите в ванночку кусок тонкой фольги. Если прибор собран правильно, фольга на местах сгиба будет буквально растворяться.
Заключение
Теперь вы знаете, что такое УЗ ванна, как она работает и для чего ее можно применить. Кроме того, мы рассмотрели простую монтажную схему, по которой можно собрать рабочий прибор для бытовой эксплуатации.
УЗ излучатель - это генератор мощных ультразвуковых волн. Как мы знаем, ультразвуковую частоту человек не слышит, но организм чувствует. Иными словами ультразвуковая частота воспринимается человеческим ухом, но определенный участок мозга, отвечающий за слух, не может расшифровать данные звуковые волны. Те, кто занимаются построением аудио систем должны знать, что высокая частота очень неприятна для нашего слуха, но если поднять частоту на еще высокий уровень (УЗ диапазон) то звук исчезнет, но на самом деле он есть. Мозг попытается безуспешно раскодировать звук, в следствии этого возникнет головная боль, тошнота, рвота, головокружение и т.п.Ультразвуковая частота давно применяется в самых разных областях науки и техники. При помощи ультразвука можно сваривать металл, провести стирку и многое другое. Ультразвук активно применяется для отпугивания грызунов в сельскохозяйственной технике, поскольку организм многих животных приспособлен к общению с себе подобными на УЗ диапазоне. Есть данные и про отпугивание насекомых с помощью УЗИ генераторов, многие фирмы выпускают такие электронные репелленты. А мы предлагаем вам самостоятельно собрать такой прибор, по приведённой схеме:
Рассмотрим конструкцию достаточно простой УЗ пушки высокой мощности. Микросхема D4049 работает в качестве генератора сигналов ультразвуковой частоты, она имеет 6 логических инверторов.
Микросхему можно заменить на отечественный аналог К561ЛН2. Регулятор 22к нужен для подстройки частоты, ее можно снижать до слышимого диапазона, если резистор 100к заменить на 22к, а конденсатор 1,5нФ заменить на 2,2-3,3нФ. Сигналы с микросхемы подаются на выходной каскад, который построен всего на 4-х биполярных транзисторах средней мощности. Выбор транзисторов не критичен, главное подобрать максимально близкие по параметрам комплементарные пары.
В качестве излучателя можно использовать буквально любые ВЧ головки с мощностью от 5 ватт. Из отечественного интерьера можно использовать головки типа 5ГДВ-6, 10ГДВ-4, 10ГДВ-6. Такие ВЧ головки можно найти в акустических системах производства СССР.
Осталось только оформить все в корпус. Для направленности УЗ сигнала нужно использовать металлический рефлектор.
МОДЕРНИЗИРОВАННАЯ УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ПУШКА "ИГЛА-М"
У льтразвук - это упругие волны высокой частоты. Обычно ультразвуковым диапазоном считают полосу частот от 20 000 до нескольких миллиардов герц. Сейчас ультразвук широко применяется в различных физических и технологических методах. То, что ультразвук активно воздействует на биологические объекты (например, убивает бактерии), известно уже более 70 лет. Электронная аппаратура со сканирующим ультразвуковым лучом используется в нейрохирургии для инактивации отдельных участков головного мозга мощным сфокусированным высокочастотным пучком. Высокочастотные колебания вызывают внутренний разогрев тканей.
До сих пор идут дискуссии о физическом влиянии ультразвуковых колебаний на клетку и даже о возможном нарушении структур ДНК. Более того, существуют сведения о том, что на микроуровне — не на уровне строения тела, а на каком-то более тонком, ультразвуковое воздействие оказывается вредным.
Ультразвук можно получить от механических, электромагнитных и тепловых источников. Механическими излучателями обычно служат разного рода сирены прерывистого действия. В воздух они испускают колебания мощностью до нескольких киловатт на частотах до 40 кГц. Ультразвуковые волны в жидкостях и твердых телах обычно возбуждают электроакустическими, магнитострикционными и пьезоэлектрическими преобразователями.
В промышленности давно уже изготавливают девайсы для ультразвукового воздействия на животных, например такие:
Назначение
Миниатюрный отпугиватель собак представляет собой носимый электронный прибор (собран в корпусе минифонарика), излучающий ультразвуковые колебания, слышимые собаками и не воспринимаемые человеком.
Принцип действия
Прибор разработан для защиты от нападения собак: ультразвуковое излучение определенной мощности обычно останавливает агрессивно настроенную собаку на расстоянии 3 - 5 метров или обращает ее в бегство. Наибольший эффект достигается при воздействии на агрессивных бродячих собак.
Технические характеристики
- Напряжение питания (1 аккумулятор типа 6F22 (KRONA)), В 9
- Ток потребления, не более, А 0,15
- Масса с аккумуляторами, не более, г 90
Как Вы понимаете, это слабая игрушка, но мы сделаем девайс гораздо мощнее! Продолжая эксперименты с ультразвуком (), было сделано ряд интересных усовершенствований и доработок. Так был произведён революционный метод воздействия (естественно негативного), на живой организм двух ультразвуковых излучателей с разностной частотой несколько герц. То есть частота одного излучателя например 20000 Гц, а другого - 20010 Гц. В результате на ультразвуковое излучение накладывается инф развуковое, что многократно усиливает деструктивный эффект!
Схема стандартная, генератор на CD4069 + усилитель на трёх Н-П-Н транзисторах. Питание не менее 12 В, при токе до 1 А.
Для усиления направленного эффекта используем цилиндрические звуковые резонаторы. Их роль будет выполнять обычная никелированная трубка от пылесоса. Только не надо портить пылесос, трубка отдельно продаётся на базаре или в магазине запчастей.
Обрезаем два куска на экспериментально определённую длинну (где-то пару сантиметров), и прикрепляем их к ВЧ головкам типа 5ГДВ-4 или любых других. Можно купить двойную насадку на выхлопную трубу автомобиля, монтаж гораздо удобнее, а эффект будет ещё лучше.
Внутрь вставляем ВЧ динамики, в задней части монтируем плату с аккумулятором.
Есть такая наука - вредология. Сколько бы люди не изобретали всякого полезного, рано или поздно всё равно это будет применяться во вред.
Ультразвук давно используется в некоторых видах стиральных машин, локаторах, сигнализациях, в промышленности. Но основным предназначением данного устройства является нанесение повреждений. Многие слышали о методах борьбы ультразвуком с кротами, мышами, комарами. А сейчас мы будем делать УЛЬТРАЗВУКОВУЮ ПУШКУ для атаки на человека. Занимаясь аудиотехникой - настройкой акустических систем, я обнаружил интересный эффект: при подаче сигнала на ВЧ динамик, и постепенном повышении его частоты, наступает момент, когда звук (свист) уже не воспринимается слухом, но начинает ощутимо болеть голова. Другими словами тончайший свист уже не слышен (ни источник, ни наличие), но воздействие идёт очень неприятное. Даже после отключения УЗ пушки, некоторое время сохраняются неприятные ощущения. Схема ультразвуковой пушки не содержит дорогих деталей и собирается за вечер.
Внимание! На схеме транзисторы нарисованы неправильно - вот как надо подключать:
Основой устройства является цифровая микросхема - 6 логических инверторов СD4049 или HEF4049. Для замены на советскую К561ЛН2 потребуется несколько изменить цоколёвку подключения. В качестве мощного звукоизлучателя ультразвуковой пушки берём ВЧ динамик от колонки, например 5ГДВ-6, 10ГДВ-4, 10ГДВ-6 или любой другой от старых советских колонок, чем помощнее. Вся конструкция вмещается в металлический корпус от светильника, питается от любого источника 5-10 В, с током отдачи 1 А. Например 4 пальчиковых или один 6-ти вольтовый свинцовый аккумулятор.
Как видите, ультразвуковая пушка получается очень компактной и автономной. Использовать можно для скорейшего ухода ненужных гостей (у которых вдруг разболится голова), диверсий на занятиях в классе, разгона компании пьяных шакалов под окнами, "отпугивания" начальства от Вашего рабочего места... В общем эта УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ПУШКА, на мой взгляд, обязательно найдёт применение. Тем более сейчас, с наступлением лета, актуальной становится проблема упырей - комаров. Словив пару штук и поместив их в банку (почему пару? чтоб не скучно было), медленно изменяя частоту генерации облучаем их ультразвуком. Когда их начнёт колбасить - запоминаем частоту и ставим на окне ультразвуковую пушку, как заслон от этих вампиров. Ещё одна схема
Загрузка...
