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超聲波清洗機(jī)由兩部分組成：一是超聲波發(fā)生器，二是以換能器為核心的超聲波清洗缸槽體。
清洗機(jī)：超聲發(fā)生器簡(jiǎn)單的說(shuō)就是一套與換能器頻率相匹配的大功率源，就是把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能輸送到超聲波振子后由振子的陶瓷芯片產(chǎn)生聲能傳導(dǎo)到清洗槽內(nèi)，作用于清洗液體，產(chǎn)生空化效用形成高壓沖擊作用從而使工件變的清洗潔凈。
概括來(lái)說(shuō)，超聲波發(fā)生器和以換能器為核心的超聲清洗缸，其技術(shù)狀況已遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上時(shí)代的發(fā)展和我國(guó)經(jīng)濟(jì)事業(yè)多領(lǐng)域的需求。超聲波清洗機(jī)生產(chǎn)現(xiàn)狀的特點(diǎn)是技術(shù)陳舊落后，清洗效率不理想，故障率高。這已成了制約它進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用范圍的瓶頸。目前市場(chǎng)上不是以提高技術(shù)、改進(jìn)設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)化工藝結(jié)構(gòu)、降低成本、提高其性價(jià)比為先導(dǎo)，而是往往以低價(jià)相互競(jìng)爭(zhēng)，這給整個(gè)行業(yè)和超聲清洗事業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了消極的負(fù)面影響，應(yīng)該引起我們的關(guān)注。 如果再不引起關(guān)注這個(gè)行業(yè)可謂直走下坡路了，終行業(yè)人士都會(huì)后悔的。
超聲波清洗機(jī)技術(shù)在的地區(qū)不同而都由著不同的區(qū)別;在華東地區(qū)，超聲波發(fā)生器的制式不外乎下列幾種：
A、一代產(chǎn)品是電子管式的，隨著技術(shù)的，已屬于淘汰產(chǎn)品了(但仍有廠家在生產(chǎn)主要是小型廠家，技術(shù)低端，資金投入少)。
B、仿制美國(guó)必能信公司的超聲波發(fā)生器，單板功率300W，頻率固定為25KHz(自激式半橋輸出電路)，配有大電源變壓器，是*占有率多的一種簡(jiǎn)易機(jī)型。但是該電路很難調(diào)整在超聲換能器佳頻率諧振點(diǎn)上，輸出功率不可能達(dá)到理想的效果，質(zhì)量也就不言而喻了。但考慮到該發(fā)生器的線路比較簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性尚可，整機(jī)調(diào)試得好，故障率還是很低的，加之生產(chǎn)這種機(jī)型的中小型超聲波清洗機(jī)的企業(yè)較多，能否對(duì)其線路加以改進(jìn)和提高呢?我們提供下面一種設(shè)計(jì)方案供參考：去掉電源變壓器，減少輸出匹配變壓器的漏磁，達(dá)到減輕、減少整機(jī)重量和體積，降低成本，提高效率之目的。要去掉電源變壓器，先要考慮解決兩個(gè)問(wèn)題，一是電源輸入和高頻功率輸出之間的絕緣問(wèn)題：二是將供電電壓降低在適合大功率管正常工作的耐壓值下，才能整機(jī)的安全運(yùn)行(原機(jī)供電電壓約為DC150V-180V之間)。圖1介紹的這個(gè)電路可以解決供電電壓符合原機(jī)的設(shè)計(jì)要求。注意：調(diào)試時(shí)注意安全，防止觸電。
原機(jī)的輸出變壓器選用的是單條磁芯，漏磁較大，一旦靠近鐵制外殼，將形成渦流，產(chǎn)生很高的熱量，建議改用IE磁芯，線圈由單組改繞為初、次級(jí)雙繞組，這樣就可以解決電源輸入和高頻功率輸出之間的隔離和絕緣問(wèn)題。輸出變壓器的有關(guān)技術(shù)參數(shù)如匝數(shù)和初次級(jí)的匝數(shù)比及電感量由于諸多的不確定因素，我們很難給出一個(gè)確定的數(shù)據(jù)。
C、MC機(jī)型及其改進(jìn)后的機(jī)型：這也是一個(gè)老產(chǎn)品了，線路設(shè)計(jì)煩瑣，由于歷史的原因，是一個(gè)沒(méi)有設(shè)計(jì)到位的產(chǎn)品。門電路用得多，SCR調(diào)壓，工藝繁亂，故障率高，已受到用戶的冷落，生產(chǎn)這種機(jī)型的原國(guó)營(yíng)大廠，我們認(rèn)為只有忍痛甩掉舊的落后的機(jī)型，開(kāi)發(fā)或選用新的機(jī)型，才能重振昔日雄風(fēng)，立足于今天的市場(chǎng)。
改進(jìn)后的機(jī)型，簡(jiǎn)化了電路，增加了“跳頻”同步技術(shù)，所謂“跳頻”實(shí)際上是在PWM的主振頻率上，加了一個(gè)多諧振蕩器，其頻率和主頻相配，該振蕩器的輸出脈沖再去調(diào)制主振極。雖然做到了恒功率輸出，但受功率元件MOSFET電流容量的限制，沒(méi)有做到滿功率輸出，輸出功率也就不盡人意，清洗效率也無(wú)明顯提高，應(yīng)用行業(yè)面不寬，特別是每一個(gè)跳頻周期，清洗缸內(nèi)總有周期性的響聲，沒(méi)有慢啟動(dòng)功能，并設(shè)有“調(diào)功”旋鈕，一旦操作失誤將出現(xiàn)故障，也不能和其他設(shè)備實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制。究其原因，沒(méi)有跳出原MC機(jī)型的設(shè)計(jì)框框和思路，雖然更換了原控制芯片，遺憾的是新的芯片功能卻沒(méi)有*用上。
該機(jī)型在華東地區(qū)，僅有少數(shù)企業(yè)在生產(chǎn)，如果再進(jìn)一步改進(jìn)，將功率元件改換為IGBT，可以擴(kuò)大整機(jī)容量，設(shè)法去掉缸內(nèi)周期性的響聲，用好新的PWM控制芯片的全部功能，如慢啟動(dòng)功能和脈寬調(diào)制功能，這就很方便的實(shí)現(xiàn)“一鍵操作”(只設(shè)一只電源開(kāi)關(guān))，不失為一種好的機(jī)型。
D、IGBT做為功率元件用在超聲波發(fā)生器上已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用，但從部分產(chǎn)品來(lái)看，仍沒(méi)有跳出傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和方法，比如說(shuō)，單單兩個(gè)推動(dòng)組件，如：EXB840/841，是矩形扁片形封裝的厚膜集成電路，其體積和電路及其成本已占了相當(dāng)大的比重，要知道單臺(tái)超聲發(fā)生器的功率要求足不可能很大的。當(dāng)然用IGBT作高頻功率元件，由于它的耐壓高、容量大、輸入阻抗高、壓降小，當(dāng)屬shou選，這也是個(gè)。
F、IGBT恒功率超聲波清洗機(jī)：
這是以目前流行的新一代電力電子元件——IGBT(絕緣柵雙極型大功率晶體管一模塊)為高頻功率器件、軍用級(jí)集成控制芯片(PWM而非CPU)和具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新電路、配以高效換能器組合而成，采用模塊化設(shè)計(jì)，積木式安裝工藝的新一代超聲波清洗機(jī)。
該機(jī)具有三個(gè)顯著的特點(diǎn)：1：恒功率輸出。所謂“恒功率”就是說(shuō)在清洗缸中，不同高度的水位和不同大小的工件進(jìn)行清洗，其清洗效率不變。(反映出輸出功率不變)從而具有穩(wěn)定、高效、長(zhǎng)壽等特點(diǎn)。
要達(dá)到恒功率輸出，辦法是采用頻率自動(dòng)跟蹤電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，有關(guān)雜志的論壇近也就此作了論述和分析，并介紹了多種頻率跟蹤電路，遺憾的是大多理論上講得通，在工藝上卻難以實(shí)現(xiàn)。所以說(shuō)頻率跟蹤電路要實(shí)用、簡(jiǎn)潔、低成本。否則不可能形成工業(yè)化的產(chǎn)品。
2：該機(jī)的第二個(gè)特點(diǎn)足能做成<99℃的加溫機(jī)型，這在行業(yè)中也是不小的突破。
3：工藝性的簡(jiǎn)潔，是該機(jī)的第三個(gè)特點(diǎn)。三個(gè)部件，就組成了可以適應(yīng)各種不同頻率和功率的超聲功率發(fā)生器，簡(jiǎn)潔就意味著可靠、造價(jià)低和使用維護(hù)的方便。
一個(gè)好的超聲功率發(fā)生器同樣要一個(gè)好的換能器(清洗缸)與之相匹配，否則也難以達(dá)到預(yù)期的效果。換能器(超聲波振子)在超聲波清洗機(jī)中扮演著一個(gè)非常重要的角色，是個(gè)很關(guān)鍵的執(zhí)行元件機(jī)構(gòu)。在目前一般中小型生產(chǎn)超聲波清洗機(jī)的企業(yè)中，換能器都是外購(gòu)成品，不大注意其質(zhì)量，或是無(wú)設(shè)備能力測(cè)試其主要的技術(shù)參數(shù)，比如阻抗的大小，頻率的一致性等等，心中無(wú)數(shù)，買來(lái)上機(jī)就用，這就給整機(jī)的效率、壽命埋下質(zhì)量的隱患。進(jìn)一步說(shuō)，即使檢測(cè)，也是小功率的一般工藝性的檢測(cè)，很難反映出真正在實(shí)際工作中的技術(shù)參數(shù)。
在此，根據(jù)我們多年來(lái)生產(chǎn)換能器的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，總結(jié)了一套生產(chǎn)換能器的完整工藝，再加上自己研發(fā)的大功率換能器測(cè)試儀，模擬檢測(cè)出換能器在實(shí)際工作中的真實(shí)技術(shù)參數(shù)，如阻抗均控制在20Ω以下，頻率的一致性保持在90%以上，從源頭上了產(chǎn)品的質(zhì)量。
根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，壓電陶瓷換能器在工作中晶片極易發(fā)生破裂、極片易斷、接線易脫焊的機(jī)理類型(這些都是行業(yè)中一直存在的通病)，究其發(fā)生上述故障的原因，除了換能器的本身質(zhì)量外，主要因?yàn)楣β拾l(fā)生器沒(méi)有能很好跟蹤換能器在工作中由于受水位、溫度、工件大小的變化而影響其頻率的變化，二者之間處于失諧狀態(tài)的結(jié)果。在這點(diǎn)上頻率的自動(dòng)跟蹤顯得尤為重要。另一個(gè)不被人們所忽視的原因，則是缸內(nèi)多個(gè)換能器在工作時(shí)產(chǎn)生的各不相同頻率的反峰電壓，沒(méi)有被有效抑制所產(chǎn)生的后果。
另外超聲波發(fā)生器輸出給換能器的高頻電壓高低也是個(gè)重要參數(shù)，但是不能認(rèn)為“不同電路的超聲波發(fā)生器，其輸出電路、電壓的不同足導(dǎo)致傳播效率的重要原因”“輸出電壓低，發(fā)生器消耗的電能就大，同時(shí)振子還容易發(fā)熱，產(chǎn)生的感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整電路，增大輸出給振子的電壓可能會(huì)取得很好的效果”。
我們認(rèn)為這種提法有待商榷、探討，發(fā)生器輸出給換能器的電壓高低足影響效率的一個(gè)重要原因，但它不是個(gè)固定不變的參數(shù)，要根據(jù)換能器頻率的高低和換能器的多少(功率)作相應(yīng)調(diào)整，換能器頻率高則電壓相應(yīng)要低，而換能器頻率低，同樣電壓應(yīng)相應(yīng)提高。此外，振子發(fā)熱的主要因素一是發(fā)生器的頻率和振子的實(shí)際諧振頻率處于失諧狀態(tài)，二是發(fā)生器的輸出阻抗和負(fù)載振子的整體阻抗不相匹配。如果滿足了上述兩個(gè)條件，就是說(shuō)頻率既不失諧，阻抗又相匹配，那才是效率，溫升低的狀態(tài)。如果單純?cè)龃筝敵鲭妷旱褂锌赡茉龃罅斯亩鹫褡影l(fā)熱。
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