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超聲波清洗技術發展

作者: 來源: 日期:2011/12/18 11:50:15 人氣:2241
超聲波清洗技術發展

二十世紀六十年代,自超聲波技術問世以來,科學家們發現:一定頻率范圍內的超聲波,作用于液體介質里,可以達到清洗的作用。經過一段時間的研究和試驗,不僅得到了滿意的效果,而且發現其清洗效率極高,由此超聲波清洗機被逐漸運用于各行各業中去。在應用初期,由于電子工業的限制,超聲波清洗設備電源的體積比較龐大,穩定性及使用壽命不太理想,價格昂貴,一般的工礦企業難以承受,但其出色的清洗效率及效果,仍然讓部分實力雄厚的國有企業一見傾心。隨著電子工業的飛速發展,新一代的電子元器件層出不窮,應用新的電子線路以及新的電子元器件,超聲波電源的穩定性及使用壽命進一步的提高,體積減小,價格逐漸降低。二十世紀八十年代末,第三代超聲波電源問世,既逆變電源,應用最新IGBT元件。新的超聲波電源具有體積小,可靠性高,壽命長等特點,清洗效率得以進一步提高,而價格也降到了大部分企業可以接受的程度。
 
超聲波清洗原理


超聲波主要具有機械效應 (如傳聲媒質的質點振動位移、速度、加速度、聲壓等力學量)、熱效應(聲波在傳播過程中其部分能量被媒質吸收變成熱能)和空腔效應。其中空腔效應是聲化學的應用理論基礎,也最為重要??涨恍沙珊?、微泡生長、空腔塌陷三步組成。在反應體系中,液體內存在張力弱區,即液體內溶有氣體或在塵埃的液固界面上存在氣體 。

作為氣核,在超聲波作用下,氣核膨脹長大,并為周圍的液體蒸氣或氣體充滿,由于內外壓力懸殊使空腔塌陷、破裂,把集中的聲場能量在極短的時間和極小的空間內釋放出來,使介質局部形成幾百到幾千K的高溫和超過數百個大氣壓的高壓環境,并產生出很大的沖擊力,起到激烈攪拌的作用,同時生成大量微泡。它們又作為新的氣核,使該循環繼續下去,這就是空腔效應。

當然并不是液體中所有的氣核都能產生空腔效應,只有當外加的超聲波頻率與氣核的固有頻率相同時,空腔效應才能發生。同時也受到其它如聲波的強度、液體介質的溫度以及介質的蒸汽壓等的影響。誘導產生空腔效應的超聲波頻率以20kHz~80kHz最為適當。過高的頻率不易產生空腔效應,即使產生也需要大量的能量,而且其中大部分能量被轉化為熱能,使介質溫度明顯提高。低強度超聲波的應用不會引起介質的任何狀態變化,只有高強度超聲波的應用才可能對介質有強烈的影響,引發空腔效應。對大多數化學反應來說,反應速度均隨聲強的增加而增加。但是,超聲波強度的作用受介質溫度的影響極大。研究表明,隨著液體溫度的提高,聲強的影響明顯下降,在50℃水中發生的空腔效應最大。

當超聲波電源將50Hz的日常供電頻率改變為28KHz后,通過輸出電纜線將其輸送給粘接在盛放清洗溶液的清洗槽底部的超聲波發生器(換能器),由換能器將高頻的電能轉換成機械振動并發射至清洗液中,當高頻的機械振動傳播到液體里后,清洗液內即產生上述空化現象,達到清洗的目的。由于超聲波的頻率很高,在液體中所產生的空化作用可以達到28000次/秒,幾乎可以說是不斷地在進行,在液體中由于空化現象所產生的氣泡數量眾多且無所不在,因此對于工件的清洗可以非常徹底,即使是形狀復雜的工件內部,只要能夠接觸到溶液,就可以得到徹底的清洗,又因為每個氣泡的體積非常微小,因此雖然它們的破裂能量很高,但對于工件和液體來說,不會產生機械破壞和明顯的溫升。
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