電工電子學(xué)結(jié)課論文

1、超聲波清洗器姓名:白銀帥學(xué)號(hào):1504070101;姓名:段唯興學(xué)號(hào):1509040208承諾鄭重聲明:所呈交的論文是本組成員通過(guò)查閱資料和討論,獨(dú)立撰寫完成的。已引用表述、圖片等在資料來(lái)源中作出了明確說(shuō)明,此外,未曾抄襲他人表述。論文作者簽名:白銀帥、段唯興日期:2017年5月1日1.產(chǎn)品介紹超聲波清洗機(jī)的基本原理是以高頻(超音頻機(jī)械振動(dòng)作用于液體中,液體中產(chǎn)生數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的微小真空氣泡。這些氣泡在聲壓作用下大量急速產(chǎn)生,不斷地猛烈爆破產(chǎn)生強(qiáng)大的壓力和負(fù)壓吸力,零件表面的污物剝離,對(duì)零件本身無(wú)損傷。超聲波清洗對(duì)幾何形狀比較復(fù)雜或帶有各種小孔及育孔的零部件的清洗效果尤為明顯。 圖1.1幾種超聲波

2、清洗機(jī)超聲波清洗廣泛應(yīng)用于表面噴涂處理行業(yè)、機(jī)械行業(yè)、電子行業(yè)、醫(yī)療行業(yè)、半導(dǎo)體行業(yè)、鐘表首飾行業(yè)、光學(xué)行業(yè)、紡織印染行業(yè)。其他行業(yè)等,并由易凈超聲波清洗提供,具體如下:1、表面噴涂處理行業(yè)2、機(jī)械行業(yè)醫(yī)藥行業(yè)3、半導(dǎo)體行業(yè)4、鐘表首飾行業(yè)5.光學(xué)行業(yè)6.紡織印染行業(yè)7.其他行業(yè):常用超聲波清洗機(jī)具有以下特點(diǎn):1.清洗效果好,清潔度高且全部工件清潔度一致。2、清洗速度快,提高生產(chǎn)效率,不須人手接觸清洗液,安全可靠超聲波清洗機(jī)。3、對(duì)深孔、細(xì)縫和工件隱蔽處亦可清洗干凈。4、對(duì)工件表面無(wú)損傷,節(jié)省溶劑、熱能、工作場(chǎng)地和人工。超聲波清洗源于二十世紀(jì)六十年代,自超聲波技術(shù)問(wèn)世以來(lái),科學(xué)家們發(fā)現(xiàn):一定頻

3、率范圍內(nèi)的超聲波,作用于液體介質(zhì)里,可以達(dá)到清洗的作用。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的研究和試驗(yàn),不僅得到了滿意的效果,而且發(fā)現(xiàn)其清洗效率極高,由此超聲波清洗機(jī)被逐漸運(yùn)用于各行各業(yè)中去。在應(yīng)用初期,由于電子工業(yè)的限制,超聲波清洗設(shè)備電源的體積比較龐大,穩(wěn)定性及使用壽命不太理想,價(jià)格昂貴,一般的工礦企業(yè)難以承受,但其出色的清洗效率及效果,仍然讓部分實(shí)力雄厚的國(guó)有企業(yè)一見(jiàn)傾心。隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展,新一代的電子元器件層出不窮,應(yīng)用新的電子線路以及新的電子元器件,超聲波電源的穩(wěn)定性及使用壽命進(jìn)一步的提高,體積減小,價(jià)格逐漸降低。二十世紀(jì)八十年代末,第三代超聲波電源問(wèn)世,既逆變電源,應(yīng)用最新I G B T元件。新的

4、超聲波電源具有體積小,可靠性高,壽命長(zhǎng)等特點(diǎn),清洗效率得以進(jìn)一步提高而價(jià)格也降到了大部分企業(yè)可以接受的程度。2.工作原理超聲波清洗機(jī)主要由超聲波發(fā)生器、清洗槽和箱體三大部份構(gòu)成。超聲波清洗原理:由超聲波發(fā)生器發(fā)出的高頻振蕩信號(hào),通過(guò)換能器轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振蕩而傳播到介質(zhì)-清洗溶劑中,超聲波在清洗液中疏密相間的向前輻射,使液體流動(dòng)而產(chǎn)生數(shù)以萬(wàn)計(jì)的微小氣泡。這些氣泡在超聲波縱向傳播的負(fù)壓區(qū)形成、生長(zhǎng),而在正壓區(qū)迅速閉合。在這種被稱之為“空腔”效應(yīng)的過(guò)程中,氣泡閉合可形成超過(guò)1000個(gè)大氣壓的瞬間高壓,連續(xù)不斷地產(chǎn)生瞬間高壓就像一連串小“爆炸”不斷地沖擊對(duì)象表面,使對(duì)象的表面及縫隙中的污垢迅速剝落,從

5、而達(dá)到對(duì)象表面凈化的目的。超聲波震頭與清洗槽安裝如下圖: 圖1.2超聲波震頭與清洗槽安裝示意圖上圖中位于換能器和清洗液之間清洗槽體即是不銹鋼震動(dòng)面鋼板,超聲波換能器粘附在其上,通過(guò)超聲波發(fā)生源(電路板產(chǎn)生一定頻率和電壓的交流電壓信號(hào),帶動(dòng)換能器和不銹鋼板一起做高頻震動(dòng),當(dāng)鋼板向上震動(dòng)時(shí),將水向上推開(kāi),當(dāng)鋼板向下震動(dòng)時(shí),水跟不上鋼板的震動(dòng)速度,在水和鋼板之間會(huì)形成一個(gè)空隙,這樣反復(fù)震動(dòng)就會(huì)有許多氣泡形成,這種氣泡就是由“空腔效應(yīng)”產(chǎn)生的,我們稱之為空腔泡。空腔泡順著震動(dòng)方向向水中傳播,如果水中正好有工件,空腔泡撞擊到工件表面產(chǎn)生數(shù)千個(gè)大氣壓的撞擊力,帶動(dòng)工件表面的污垢脫落。3.具體電路分析聲波驅(qū)

6、動(dòng)電源的總電路可概括為:整流電路濾波電路逆變電路匹配網(wǎng)絡(luò)換能器驅(qū)動(dòng)電路采樣電路頻率跟蹤功率控制各種保護(hù)圖1.3超聲波驅(qū)動(dòng)電源原理圖由圖可知,逆變式電源是從電網(wǎng)吸收能量后,整流(A C-D C,通過(guò)大功率電子開(kāi)關(guān)將直流變成中頻交流(D CA C,后經(jīng)高頻變壓器,后再濾波、匹配輸出(A C。通過(guò)采樣電路的檢測(cè)反饋值與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較,過(guò)P I調(diào)節(jié)器輸出控制信號(hào)到電子控制電路中,電子回路通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路對(duì)大功率開(kāi)關(guān)器件進(jìn)行控制。從而獲得比較理想的輸出。同時(shí)對(duì)電路進(jìn)行頻率跟蹤以及一定的保護(hù)電路。3.1整流電路的選擇本文選用的超聲波清洗機(jī)采用單相橋式不控整流電路(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,它的優(yōu)點(diǎn)有:輸出電壓高,波電壓較小,管子所承受的最大反向電壓較低,同時(shí)因電源在正、負(fù)半周內(nèi)都有電流供給負(fù)載,電源得到了充分的利用,效率較高。因此,這種電路在半導(dǎo)體整流電路中得到了頗為廣泛的應(yīng)用。3.2濾波電路的選擇由于整流電路的輸出電壓含有較大的紋波成分,所以必須濾波,濾波電路的目的就是在盡量壓低紋波成分的同時(shí)保留直流成分,使輸出電壓接近理想的直流電壓。由于電抗元件在電路中有儲(chǔ)能作用,并聯(lián)的電容器C在電源供給的電壓升高時(shí),能把部分能量存儲(chǔ)起來(lái),當(dāng)電源電壓降低時(shí),就把能量釋放出來(lái),使負(fù)載電

8、壓比較平滑,電容C 具有平波的作用;與負(fù)載串聯(lián)的電感L,當(dāng)供給的電流增加(由電源電壓增加引起時(shí),它把能量存儲(chǔ)起來(lái),當(dāng)電流減小時(shí),又把能量釋放出來(lái),負(fù)載電流比較平滑,電感L也有平波作用。本文所分析的超聲波清洗機(jī)采用復(fù)合式電感電容濾波電路。由于筆者知識(shí)有限,對(duì)超聲波清洗機(jī)的逆變電路、調(diào)功電路、頻率跟蹤電路等不做分析。3.3超聲波清洗機(jī)的功率控制原理延時(shí)互鎖驅(qū)動(dòng)電路全橋逆變匹配網(wǎng)絡(luò)換能器振蕩器的電壓方波移相脈沖產(chǎn)生電路調(diào)節(jié)器功率給定+-電流反饋電路圖1.4功率控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.4超聲波換能器阻抗匹配筆者在查閱資料時(shí)發(fā)現(xiàn)在超聲波清洗等大功率超聲應(yīng)用場(chǎng)合,會(huì)遇到超聲波換能器與超聲清洗電源之間的阻抗匹配問(wèn)

9、題。匹配在很大程度上決定了超聲設(shè)備能否高效且安全工作,而是一個(gè)非常重要的技術(shù)環(huán)節(jié)。匹配電路與超聲波換能器系統(tǒng)一起構(gòu)成能量傳輸系統(tǒng),為了使能量有效的傳輸,減小各個(gè)部分之間多次反射造成的能量損耗,高能量的利用率,同時(shí)也是為了保證超聲波發(fā)生器與超聲波換能器振動(dòng)系統(tǒng)的高效率、安全的工作,匹配電路是必不可少的。在進(jìn)行匹配時(shí),仍然需要把效率作為一項(xiàng)重要指標(biāo)來(lái)考慮,否則將會(huì)有相當(dāng)一部分功率損失在匹配元件上,引起發(fā)熱,使整機(jī)工作在不利的環(huán)境下。為了減少匹配電路本身的功率損耗,匹配網(wǎng)絡(luò)一般采用儲(chǔ)能的電抗元件,電感或電容等,由于超聲波換能器是一個(gè)共振系統(tǒng),因此匹配電路必然會(huì)對(duì)其共振系統(tǒng)造成一定的影響,因而也會(huì)影響

10、到超聲波換能器的振動(dòng)特性。在調(diào)諧匹配的時(shí)候,常采用的匹配方法有串聯(lián)和并聯(lián)兩種,對(duì)于現(xiàn)在已經(jīng)普遍流行的開(kāi)關(guān)型超聲電源來(lái)說(shuō),串聯(lián)匹配能有效的濾除其輸出方波信號(hào)中的諧波成分因而更具實(shí)用價(jià)值。串聯(lián)匹配的原理可用圖1.5來(lái)說(shuō)明: 圖1.5串聯(lián)匹配示意圖圖1-5(a為壓電陶瓷換能器的等效電路,R o、C o、R1、C1和L1分別是壓電陶瓷換能器的介電損耗電阻、靜態(tài)電容、動(dòng)態(tài)電阻、動(dòng)態(tài)電容和動(dòng)態(tài)電感。靜態(tài)電阻抗:Z o=1/1/R o+j w C o動(dòng)態(tài)電阻抗:Z1=R1+j(w L1-1/w C1L1和C1組成了壓電陶瓷換能器的串聯(lián)支路。換能器的串聯(lián)支路的諧振頻率為:當(dāng)激勵(lì)信號(hào)的頻率等于串聯(lián)支路的諧振頻率

11、f s時(shí),串聯(lián)支路諧振,等效電路如圖b所示。4.產(chǎn)品存在的問(wèn)題雜音:一般清洗機(jī)的雜音有60分貝左右,操作久了是非常難受的!其實(shí)超聲波人是聽(tīng)不到的,人聽(tīng)到的是清洗作用時(shí)水和槽體發(fā)出的聲音,操作久了對(duì)聽(tīng)力還是有影響的,據(jù)使用者所說(shuō)在清洗房說(shuō)話的時(shí)候基本都是大嗓門,否則同伴根本聽(tīng)不見(jiàn)自己的聲音?？栈饔?超聲波在清洗時(shí)能夠發(fā)生空化作用,也就是說(shuō)超聲波能在水里爆破,那么它在人的身體里,照樣是會(huì)發(fā)生空化作用,也就是說(shuō)它可以穿過(guò)人的身體在人的體液里清洗。超聲波在發(fā)生空化作用時(shí)可以產(chǎn)生上千個(gè)大氣壓力,破壞不溶性污物,這將會(huì)對(duì)物件產(chǎn)生破壞。所以如果超聲波太強(qiáng),會(huì)對(duì)物件有劃痕。穿透力:超聲波的穿透力是非常強(qiáng)的,

12、如果在茶杯里放上水,然后把茶杯放到洗槽里,盡管杯里的水和槽體的水不接觸,但是杯子里的水照樣具有很強(qiáng)的空化作用(超聲波清洗的原理,穿透力強(qiáng)對(duì)身體沒(méi)有什么好處,長(zhǎng)時(shí)間待在機(jī)器旁對(duì)身體肯定是不好的。清洗藥水:現(xiàn)在清洗藥水基本都是化工產(chǎn)品,雖然基本淘汰了溶劑清洗(揮發(fā)性的清洗劑如三氯甲烷等,但基本還是堿性的水基洗劑,清洗時(shí)這些清洗劑在高溫作用下而散發(fā),如果長(zhǎng)期接觸對(duì)身體是非常不好的。5.發(fā)展趨勢(shì)未來(lái)幾年我國(guó)工業(yè)超聲波清洗機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)主要為以下幾點(diǎn):1.淘汰O D S是第一要?jiǎng)?wù)。我們期待化學(xué)工業(yè)的發(fā)展出現(xiàn)劃時(shí)代的突破,能夠研制出完全替代O D S的清洗劑,即既具有C F C-113等物質(zhì)清洗效果好、易揮

13、發(fā)的特點(diǎn)又對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染而且價(jià)格上能夠?yàn)榇蠖鄶?shù)企業(yè)所接受,這是整個(gè)世界化工企業(yè)和研究所的夢(mèng)想,也將會(huì)是清洗行業(yè)的又一次飛躍。2.環(huán)保設(shè)備。不使用對(duì)環(huán)境、健康有害的溶劑材料及設(shè)備,大力開(kāi)發(fā)環(huán)保型設(shè)備,做到設(shè)計(jì)、工藝、制造和超聲波技術(shù)全面發(fā)展,同時(shí)又有側(cè)重點(diǎn),。3.清洗設(shè)備將更加專業(yè)化、分工更細(xì)。制造商需要針對(duì)每一種產(chǎn)品,制定出特定設(shè)備以適應(yīng)客戶需要,國(guó)內(nèi)制造商為了能在將來(lái)的市場(chǎng)中贏得一席之地必須隨時(shí)準(zhǔn)備迎接不斷變幻的市場(chǎng)消費(fèi)需求，從材料學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、機(jī)械工藝等多方面著手為客戶提出一攬子解決 方案。 4 . 學(xué)習(xí)發(fā)達(dá)國(guó)家。國(guó)內(nèi)企業(yè)要不斷努力，力求取人之長(zhǎng)、補(bǔ)己之短，積極主動(dòng)與國(guó)外同 行開(kāi)展技術(shù)合作，加強(qiáng)內(nèi)部技術(shù)提升員工培訓(xùn)等全方位發(fā)展，在新產(chǎn)品、新材料、半導(dǎo)體、 集成電路、液晶等核心器件技術(shù)方面加大力量提高設(shè)計(jì)可靠性、產(chǎn)品完善性，提高生產(chǎn)與工 廠的管理技術(shù)、提高產(chǎn)品質(zhì)量，這樣的產(chǎn)品才是高技術(shù)高附加值產(chǎn)品。 資料來(lái)源 1 孫良欣. 中國(guó)清洗行業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)展望 2 楊文奎. 企業(yè)實(shí)施 O D S 清洗改造項(xiàng)目對(duì)替代清洗劑的要求和質(zhì)量認(rèn)定方法 3 張劍波、胡建信、劉小鵬. 清洗行業(yè) O D S 替代品和替代技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 4 張耀忠. 超聲波清洗器的原理和故障分析 5 周耀尚. 超聲波清洗機(jī)制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì) 6 鮑善惠、王艷東.