超声波清洗机的剖析

超声波清洗机的剖析

超声波技术发展日新月异，传统的超声波发生器和以换能器为核心的超声清洗缸，其技术状况已远远跟不上时代的发展和经济事业多领域发展的需求。现在超声波清洗机由两部分组成：一是超声波发生器，简单的说就是一台与换能器频率相匹配的大功率源；二是以换能器为核心的超声波清洗缸。

    目前，超声波清洗机生产技术陈旧落后，清洗效率并不理想，故障率也高。这已成了制约它进一步扩大应用范围的瓶颈。超声波发生器的制式不外乎几种：

头代产品是电子管式的；二是仿制美国必能信公司的超声波发生器，单板功率300W，频率固定为25KHz(自激式半桥输出电路)，配有大电源变压器，是市场份额占有率很多的一种简易机型；还有就是MC机型及其改进后的机型，线路设计烦琐，由于历史的原因，是一个没有设计到位的产品。

    IGBT做为功率元件用在超声波发生器上已经引起了广泛的关注和应用，但从部分产品来看，仍没有跳出传统的设计思路和方法，比如说，单单两个推动组件，如：EXB840/841，是矩形扁片形封装的厚膜集成电路，其体积和电路及其成本已占了相当大的比重，要知道单台超声发生器的功率要求足不可能很大的。当然用IGBT作高频功率元件，由于它的耐压高、容量大、输入阻抗高、压降小，当属，这也是个进步。

    IGBT恒功率超声波清洗机，是以目前国际流行的新一代电力电子元件IGBT，为高频功率器件、军 用 级专用集成控制芯片和具有自主知识产权的创新电路、配以换能器组合而成，采用模块化设计，积木式安装工艺的新一代超声波清洗机。所谓“恒功率”就是说在清洗缸中，不同高度的水位和不同大小的工件进行清洗，其清洗效率不变。从而具有稳定、长寿等特点。

    要达到恒功率输出，办法是采用频率自动跟踪电路来实现，有关专业杂志的专家论坛近期也就此作了论述和分析，并介绍了多种频率跟踪电路，遗憾的是大多理论上讲得通，在工艺上却难以实现。所以说频率跟踪电路要实用、简洁、低成本。否则不可能形成工业化的产品。

    超声波发生器输出给换能器的高频电压高低也是个重要参数，但是不能认为“不同电路的超声波发生器，其输出电路、电压的不同足导致传播效率的重要原因”“输出电压低，发生器消耗的电能就大，同时振子还容易发热，产生的感应电场强，适当的调整电路，增 大输出给振子的电压可能会取得很好的效果”。发生器输出给换能器的电压高低足影响效率的一个重要原因，但它不是个固定不变的参数，要根据换能器频率的高低和换能器的多少(功率)作相应调整，换能器频率高则电压相应要低，而换能器频率低，同样电压应相应提高。

    此外，振子发热的主要因素一是发生器的频率和振子的实际谐振频率处于失谐状态，二是发生器的输出阻抗和负载振子的整体阻抗不相匹配。如果满足了上述两个条件，就是说频率既不失谐，阻抗又相匹配，那才是效率较好，温升较低的状态。如果单纯增 大输出电压倒有可能增 大了功耗而引起振子发热。

    一般好的超声功率发生器同样要一个好的换能器(清洗缸)与之相匹配，否则也难以达到预期的效果。换能器(超声波振子)在超声波清洗机中 扮演着一个非常重要的角色，是个很关键的执行元件机构。在目前一般中小型生产超声波清洗机的企业中，换能器都是外购成品，不大注意其质量，或是无设备能力测试其主要的技术参数，比如阻抗的大小，频率的一致性等等，买来上机就用，这就给整机的效率、寿命埋下质量的隐患。

    进一步说，即使检测，也是小功率的一般工艺性的检测，很难反映出在实际工作中的技术参数。为此，根据我们多年来生产换能器的经验和教训，总结了一套生产换能器的完整工艺，再加上自己研发的大功率换能器测试仪，模拟检测出换能器在实际工作中的真实技术参数，如阻抗均控制在20Ω以下，频率的一致性保持在90％以上，从源头上保证了产品的质量。可喜的是恒功率超声波清洗机通过近五年的不懈努力，所创新的“全频、实时”自动跟踪电路和非一般性的工艺处理，成功的解决了这些问题。有多台加温机型在外资企业已安全无故障地运行了近三年之久。可以说恒功率超声波清洗机给整个行业带来了一片春意。

    由以往经验，压电陶瓷换能器在工作中晶片极易发生破裂、极片易断、接线易脱焊的机理类型，究其发生上述故障的原因，除了换能器的本身质量外，主要因为功率发生器没有能很好跟踪换能器在工作中由于受水位、温度、工件大小的变化而影响其频率的变化，二者之间处于失谐状态的结果。在这点上频率的自动跟踪显得尤为重要。另一个不被人们所忽视的原因，则是缸内多个换能器在工作时产生的各不相同频率的反峰电压，没有被有效抑 制所产生的后果。