电工电子学结课论文

1、超声波清洗器姓名:白银帅学号:1504070101;姓名:段唯兴学号:1509040208承诺郑重声明:所呈交的论文是本组成员通过查阅资料和讨论,独立撰写完成的。已引用表述、图片等在资料来源中作出了明确说明,此外,未曾抄袭他人表述。论文作者签名:白银帅、段唯兴日期:2017年5月1日1.产品介绍超声波清洗机的基本原理是以高频(超音频机械振动作用于液体中,液体中产生数以百万计的微小真空气泡。这些气泡在声压作用下大量急速产生,不断地猛烈爆破产生强大的压力和负压吸力,零件表面的污物剥离,对零件本身无损伤。超声波清洗对几何形状比较复杂或带有各种小孔及育孔的零部件的清洗效果尤为明显。 图1.1几种超声波

2、清洗机超声波清洗广泛应用于表面喷涂处理行业、机械行业、电子行业、医疗行业、半导体行业、钟表首饰行业、光学行业、纺织印染行业。其他行业等,并由易净超声波清洗提供,具体如下:1、表面喷涂处理行业2、机械行业医药行业3、半导体行业4、钟表首饰行业5.光学行业6.纺织印染行业7.其他行业:常用超声波清洗机具有以下特点:1.清洗效果好,清洁度高且全部工件清洁度一致。2、清洗速度快,提高生产效率,不须人手接触清洗液,安全可靠超声波清洗机。3、对深孔、细缝和工件隐蔽处亦可清洗干净。4、对工件表面无损伤,节省溶剂、热能、工作场地和人工。超声波清洗源于二十世纪六十年代,自超声波技术问世以来,科学家们发现:一定频

3、率范围内的超声波,作用于液体介质里,可以达到清洗的作用。经过一段时间的研究和试验,不仅得到了满意的效果,而且发现其清洗效率极高,由此超声波清洗机被逐渐运用于各行各业中去。在应用初期,由于电子工业的限制,超声波清洗设备电源的体积比较庞大,稳定性及使用寿命不太理想,价格昂贵,一般的工矿企业难以承受,但其出色的清洗效率及效果,仍然让部分实力雄厚的国有企业一见倾心。随着电子工业的飞速发展,新一代的电子元器件层出不穷,应用新的电子线路以及新的电子元器件,超声波电源的稳定性及使用寿命进一步的提高,体积减小,价格逐渐降低。二十世纪八十年代末,第三代超声波电源问世,既逆变电源,应用最新I G B T元件。新的

4、超声波电源具有体积小,可靠性高,寿命长等特点,清洗效率得以进一步提高而价格也降到了大部分企业可以接受的程度。2.工作原理超声波清洗机主要由超声波发生器、清洗槽和箱体三大部份构成。超声波清洗原理:由超声波发生器发出的高频振荡信号,通过换能器转换成高频机械振荡而传播到介质-清洗溶剂中,超声波在清洗液中疏密相间的向前辐射,使液体流动而产生数以万计的微小气泡。这些气泡在超声波纵向传播的负压区形成、生长,而在正压区迅速闭合。在这种被称之为“空腔”效应的过程中,气泡闭合可形成超过1000个大气压的瞬间高压,连续不断地产生瞬间高压就像一连串小“爆炸”不断地冲击对象表面,使对象的表面及缝隙中的污垢迅速剥落,从

5、而达到对象表面净化的目的。超声波震头与清洗槽安装如下图: 图1.2超声波震头与清洗槽安装示意图上图中位于换能器和清洗液之间清洗槽体即是不锈钢震动面钢板,超声波换能器粘附在其上,通过超声波发生源(电路板产生一定频率和电压的交流电压信号,带动换能器和不锈钢板一起做高频震动,当钢板向上震动时,将水向上推开,当钢板向下震动时,水跟不上钢板的震动速度,在水和钢板之间会形成一个空隙,这样反复震动就会有许多气泡形成,这种气泡就是由“空腔效应”产生的,我们称之为空腔泡。空腔泡顺着震动方向向水中传播,如果水中正好有工件,空腔泡撞击到工件表面产生数千个大气压的撞击力,带动工件表面的污垢脱落。3.具体电路分析声波驱

6、动电源的总电路可概括为:整流电路滤波电路逆变电路匹配网络换能器驱动电路采样电路频率跟踪功率控制各种保护图1.3超声波驱动电源原理图由图可知,逆变式电源是从电网吸收能量后,整流(A C-D C,通过大功率电子开关将直流变成中频交流(D CA C,后经高频变压器,后再滤波、匹配输出(A C。通过采样电路的检测反馈值与基准电压进行比较,过P I调节器输出控制信号到电子控制电路中,电子回路通过驱动电路对大功率开关器件进行控制。从而获得比较理想的输出。同时对电路进行频率跟踪以及一定的保护电路。3.1整流电路的选择本文选用的超声波清洗机采用单相桥式不控整流电路(S i n g l e P h a s e

7、B r i d g e U n c o n t r o l l e d R e c t i f i e r,它的优点有:输出电压高,波电压较小,管子所承受的最大反向电压较低,同时因电源在正、负半周内都有电流供给负载,电源得到了充分的利用,效率较高。因此,这种电路在半导体整流电路中得到了颇为广泛的应用。3.2滤波电路的选择由于整流电路的输出电压含有较大的纹波成分,所以必须滤波,滤波电路的目的就是在尽量压低纹波成分的同时保留直流成分,使输出电压接近理想的直流电压。由于电抗元件在电路中有储能作用,并联的电容器C在电源供给的电压升高时,能把部分能量存储起来,当电源电压降低时,就把能量释放出来,使负载电

8、压比较平滑,电容C 具有平波的作用;与负载串联的电感L,当供给的电流增加(由电源电压增加引起时,它把能量存储起来,当电流减小时,又把能量释放出来,负载电流比较平滑,电感L也有平波作用。本文所分析的超声波清洗机采用复合式电感电容滤波电路。由于笔者知识有限,对超声波清洗机的逆变电路、调功电路、频率跟踪电路等不做分析。3.3超声波清洗机的功率控制原理延时互锁驱动电路全桥逆变匹配网络换能器振荡器的电压方波移相脉冲产生电路调节器功率给定+-电流反馈电路图1.4功率控制系统结构图3.4超声波换能器阻抗匹配笔者在查阅资料时发现在超声波清洗等大功率超声应用场合,会遇到超声波换能器与超声清洗电源之间的阻抗匹配问

9、题。匹配在很大程度上决定了超声设备能否高效且安全工作,而是一个非常重要的技术环节。匹配电路与超声波换能器系统一起构成能量传输系统,为了使能量有效的传输,减小各个部分之间多次反射造成的能量损耗,高能量的利用率,同时也是为了保证超声波发生器与超声波换能器振动系统的高效率、安全的工作,匹配电路是必不可少的。在进行匹配时,仍然需要把效率作为一项重要指标来考虑,否则将会有相当一部分功率损失在匹配元件上,引起发热,使整机工作在不利的环境下。为了减少匹配电路本身的功率损耗,匹配网络一般采用储能的电抗元件,电感或电容等,由于超声波换能器是一个共振系统,因此匹配电路必然会对其共振系统造成一定的影响,因而也会影响

10、到超声波换能器的振动特性。在调谐匹配的时候,常采用的匹配方法有串联和并联两种,对于现在已经普遍流行的开关型超声电源来说,串联匹配能有效的滤除其输出方波信号中的谐波成分因而更具实用价值。串联匹配的原理可用图1.5来说明: 图1.5串联匹配示意图图1-5(a为压电陶瓷换能器的等效电路,R o、C o、R1、C1和L1分别是压电陶瓷换能器的介电损耗电阻、静态电容、动态电阻、动态电容和动态电感。静态电阻抗:Z o=1/1/R o+j w C o动态电阻抗:Z1=R1+j(w L1-1/w C1L1和C1组成了压电陶瓷换能器的串联支路。换能器的串联支路的谐振频率为:当激励信号的频率等于串联支路的谐振频率

11、f s时,串联支路谐振,等效电路如图b所示。4.产品存在的问题杂音:一般清洗机的杂音有60分贝左右,操作久了是非常难受的!其实超声波人是听不到的,人听到的是清洗作用时水和槽体发出的声音,操作久了对听力还是有影响的,据使用者所说在清洗房说话的时候基本都是大嗓门,否则同伴根本听不见自己的声音。空化作用:超声波在清洗时能够发生空化作用,也就是说超声波能在水里爆破,那么它在人的身体里,照样是会发生空化作用,也就是说它可以穿过人的身体在人的体液里清洗。超声波在发生空化作用时可以产生上千个大气压力,破坏不溶性污物,这将会对物件产生破坏。所以如果超声波太强,会对物件有划痕。穿透力:超声波的穿透力是非常强的,

12、如果在茶杯里放上水,然后把茶杯放到洗槽里,尽管杯里的水和槽体的水不接触,但是杯子里的水照样具有很强的空化作用(超声波清洗的原理,穿透力强对身体没有什么好处,长时间待在机器旁对身体肯定是不好的。清洗药水:现在清洗药水基本都是化工产品,虽然基本淘汰了溶剂清洗(挥发性的清洗剂如三氯甲烷等,但基本还是碱性的水基洗剂,清洗时这些清洗剂在高温作用下而散发,如果长期接触对身体是非常不好的。5.发展趋势未来几年我国工业超声波清洗机的发展趋势主要为以下几点:1.淘汰O D S是第一要务。我们期待化学工业的发展出现划时代的突破,能够研制出完全替代O D S的清洗剂,即既具有C F C-113等物质清洗效果好、易挥

13、发的特点又对环境没有污染而且价格上能够为大多数企业所接受,这是整个世界化工企业和研究所的梦想,也将会是清洗行业的又一次飞跃。2.环保设备。不使用对环境、健康有害的溶剂材料及设备,大力开发环保型设备,做到设计、工艺、制造和超声波技术全面发展,同时又有侧重点,。3.清洗设备将更加专业化、分工更细。制造商需要针对每一种产品,制定出特定设备以适应客户需要,国内制造商为了能在将来的市场中赢得一席之地必须随时准备迎接不断变幻的市场消费需求，从材料学、化学、物理学、机械工艺等多方面着手为客户提出一揽子解决 方案。 4 . 学习发达国家。国内企业要不断努力，力求取人之长、补己之短，积极主动与国外同 行开展技术合作，加强内部技术提升员工培训等全方位发展，在新产品、新材料、半导体、 集成电路、液晶等核心器件技术方面加大力量提高设计可靠性、产品完善性，提高生产与工 厂的管理技术、提高产品质量，这样的产品才是高技术高附加值产品。 资料来源 1 孙良欣. 中国清洗行业现状与发展趋势展望 2 杨文奎. 企业实施 O D S 清洗改造项目对替代清洗剂的要求和质量认定方法 3 张剑波、胡建信、刘小鹏. 清洗行业 O D S 替代品和替代技术的发展趋势 4 张耀忠. 超声波清洗器的原理和故障分析 5 周耀尚. 超声波清洗机制造业的发展趋势 6 鲍善惠、王艳东.