超聲波清洗機的剖析

超聲波技術(shù)發(fā)展日新月異，傳統的超聲波發(fā)生器和以換能器為核心的超聲清洗缸，其技術(shù)狀況已遠遠跟不上時(shí)代的發(fā)展和經(jīng)濟事業(yè)多領(lǐng)域發(fā)展的需求?，F在超聲波清洗機由兩部分組成：一是超聲波發(fā)生器，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是一臺與換能器頻率相匹配的大功率源；二是以換能器為核心的超聲波清洗缸。

    目前，超聲波清洗機生產(chǎn)技術(shù)陳舊落后，清洗效率并不理想，故障率也高。這已成了制約它進(jìn)一步擴大應用范圍的瓶頸。超聲波發(fā)生器的制式不外乎幾種：

頭代產(chǎn)品是電子管式的；二是仿制美國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，是市場(chǎng)份額占有率很多的一種簡(jiǎn)易機型；還有就是MC機型及其改進(jìn)后的機型，線(xiàn)路設計煩瑣，由于歷史的原因，是一個(gè)沒(méi)有設計到位的產(chǎn)品。

    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)注和應用，但從部分產(chǎn)品來(lái)看，仍沒(méi)有跳出傳統的設計思路和方法，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大的比重，要知道單臺超聲發(fā)生器的功率要求足不可能很大的。當然用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，當屬，這也是個(gè)進(jìn)步。

    IGBT恒功率超聲波清洗機，是以目前國際流行的新一代電力電子元件IGBT，為高頻功率器件、軍 用 級專(zhuān)用集成控制芯片和具有自主知識產(chǎn)權的創(chuàng )新電路、配以換能器組合而成，采用模塊化設計，積木式安裝工藝的新一代超聲波清洗機。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。從而具有穩定、長(cháng)壽等特點(diǎn)。

    要達到恒功率輸出，辦法是采用頻率自動(dòng)跟蹤電路來(lái)實(shí)現，有關(guān)專(zhuān)業(yè)雜志的專(zhuān)家論壇近期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。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。

    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，但是不能認為“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)生的感應電場(chǎng)強，適當的調整電路，增 大輸出給振子的電壓可能會(huì )取得很好的效果”。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，要根據換能器頻率的高低和換能器的多少(功率)作相應調整，換能器頻率高則電壓相應要低，而換能器頻率低，同樣電壓應相應提高。

    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載振子的整體阻抗不相匹配。如果滿(mǎn)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，那才是效率較好，溫升較低的狀態(tài)。如果單純增 大輸出電壓倒有可能增 大了功耗而引起振子發(fā)熱。

    一般好的超聲功率發(fā)生器同樣要一個(gè)好的換能器(清洗缸)與之相匹配，否則也難以達到預期的效果。換能器(超聲波振子)在超聲波清洗機中 扮演著(zhù)一個(gè)非常重要的角色，是個(gè)很關(guān)鍵的執行元件機構。在目前一般中小型生產(chǎn)超聲波清洗機的企業(yè)中，換能器都是外購成品，不大注意其質(zhì)量，或是無(wú)設備能力測試其主要的技術(shù)參數，比如阻抗的大小，頻率的一致性等等，買(mǎi)來(lái)上機就用，這就給整機的效率、壽命埋下質(zhì)量的隱患。

    進(jìn)一步說(shuō)，即使檢測，也是小功率的一般工藝性的檢測，很難反映出在實(shí)際工作中的技術(shù)參數。為此，根據我們多年來(lái)生產(chǎn)換能器的經(jīng)驗和教訓，總結了一套生產(chǎn)換能器的完整工藝，再加上自己研發(fā)的大功率換能器測試儀，模擬檢測出換能器在實(shí)際工作中的真實(shí)技術(shù)參數，如阻抗均控制在20Ω以下，頻率的一致性保持在90％以上，從源頭上保證了產(chǎn)品的質(zhì)量?？上驳氖呛愎β食暡ㄇ逑礄C通過(guò)近五年的不懈努力，所創(chuàng )新的“全頻、實(shí)時(shí)”自動(dòng)跟蹤電路和非一般性的工藝處理，成功的解決了這些問(wèn)題。有多臺加溫機型在外資企業(yè)已安全無(wú)故障地運行了近三年之久?？梢哉f(shuō)恒功率超聲波清洗機給整個(gè)行業(yè)帶來(lái)了一片春意。

    由以往經(jīng)驗，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(xiàn)易脫焊的機理類(lèi)型，究其發(fā)生上述故障的原因，除了換能器的本身質(zhì)量外，主要因為功率發(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。