*技術分析指南

點擊次數(shù)：150 發(fā)布時間：2014-12-8

*技術分析指南

大家都知道，超聲波清洗機由兩部分組成：一是超聲波發(fā)生器，二是以換能器為核心的超聲波清洗缸槽體。 
    清洗機：超聲發(fā)生器簡單的說就是一套與換能器頻率相匹配的大功率源，就是把電能轉化為機械能輸送到超聲波振子后由振子的陶瓷芯片產(chǎn)生聲能傳導到清洗槽內，作用于清洗液體，產(chǎn)生空化效用形成高壓沖擊作用從而使工件變的清洗潔凈。 
    概括來說，超聲波發(fā)生器和以換能器為核心的超聲清洗缸，其技術狀況已遠遠跟不上時代的發(fā)展和我國經(jīng)濟事業(yè)多領域的需求。超聲波清洗機生產(chǎn)現(xiàn)狀的特點是技術陳舊落后，清洗效率不理想，故障率高。這已成了制約它進一步擴大應用范圍的瓶頸。目前市場上不是以提高技術、改進設計、簡化工藝結構、降低成本、提高其性價比為先導，而是往往以低價相互競爭，這給整個行業(yè)和超聲清洗事業(yè)的發(fā)展帶來了消極的負面影響，應該引起我們的關注。 如果再不引起關注這個行業(yè)可謂直走下坡路了，zui終行業(yè)人士都會后悔的。 
超聲波清洗機技術在全國的地區(qū)不同而都由著不同的區(qū)別；在華東地區(qū)，超聲波發(fā)生器的制式不外乎下列幾種： 
   A、*代產(chǎn)品是電子管式的，隨著技術的進步，已屬于淘汰產(chǎn)品了(但仍有廠家在生產(chǎn)主要是小型廠家，技術低端，資金投入少)。 
    B、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*占有率zui多的一種簡易機型。但是該電路很難調整在**頻率諧振點上，輸出功率不可能達到理想的效果，質量也就不言而喻了。但考慮到該發(fā)生器的線路比較簡單，穩(wěn)定性尚可，整機調試得好，故障率還是很低的，加之生產(chǎn)這種機型的中小型超聲波清洗機的企業(yè)較多，能否對其線路加以改進和提高呢?我們提供下面一種設計方案供參考：去掉電源變壓器，減少輸出匹配變壓器的漏磁，達到減輕、減少整機重量和體積，降低成本，提率之目的。要去掉電源變壓器，首先要考慮解決兩個問題，一是電源輸入和高頻功率輸出之間的絕緣問題：二是將供電電壓降低在適合大功率管正常工作的耐壓值下，才能保證整機的安全運行(原機供電電壓約為DC150V-180V之間)。圖1介紹的這個電路可以解決供電電壓符合原機的設計要求。注意：調試時注意安全，防止觸電。 
    原機的輸出變壓器選用的是單條磁芯，漏磁較大，一旦靠近鐵制外殼，將形成渦流，產(chǎn)生很高的熱量，建議改用IE磁芯，線圈由單組改繞為初、次級雙繞組，這樣就可以解決電源輸入和高頻功率輸出之間的隔離和絕緣問題。輸出變壓器的有關技術參數(shù)如匝數(shù)和初次級的匝數(shù)比及電感量由于諸多的不確定因素，我們很難給出一個確定的數(shù)據(jù)。 
   C、MC機型及其改進后的機型：這也是一個老產(chǎn)品了，線路設計煩瑣，由于歷史的原因，是一個沒有設計到位的產(chǎn)品。門電路用得多，SCR調壓，工藝繁亂，故障率高，已受到用戶的冷落，生產(chǎn)這種機型的原國營大廠，我們認為只有忍痛甩掉舊的落后的機型，開發(fā)或選用新的機型，才能重振昔日雄風，立足于今天的市場。 
    改進后的機型，簡化了電路，增加了“跳頻”同步技術，所謂“跳頻”實際上是在PWM的主振頻率上，加了一個多諧振蕩器，其頻率和主頻相配，該振蕩器的輸出脈沖再去調制主振極。雖然做到了恒功率輸出，但受功率元件MOSFET電流容量的限制，沒有做到滿功率輸出，輸出功率也就不盡人意，清洗效率也無明顯提高，應用行業(yè)面不寬，特別是每一個跳頻周期，清洗缸內總有周期性的響聲，沒有慢啟動功能，并設有“調功”旋鈕，一旦操作失誤將出現(xiàn)故障，也不能和其他設備實現(xiàn)聯(lián)動控制。究其原因，沒有跳出原MC機型的設計框框和思路，雖然更換了原控制芯片，遺憾的是新的芯片功能卻沒有*用上。 
    該機型在華東地區(qū)，僅有少數(shù)企業(yè)在生產(chǎn)，如果再進一步改進，將功率元件改換為IGBT，可以擴大整機容量，設法去掉缸內周期性的響聲，用好新的PWM控制芯片的全部功能，如慢啟動功能和脈寬調制功能，這就很方便的實現(xiàn)“一鍵操作”(只設一只電源開關)，不失為一種好的機型。 
   D、IGBT做為功率元件用在超聲波發(fā)生器上已經(jīng)引起了廣泛的關注和應用，但從部分產(chǎn)品來看，仍沒有跳出傳統(tǒng)的設計思路和方法，比如說，單單兩個推動組件，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，這也是個進步。 
    F、IGBT恒功率超聲波清洗機： 
    這是以目前流行的新一代電力電子元件——IGBT(絕緣柵雙極型大功率晶體管一模塊)為高頻功率器件、軍用級集成控制芯片(PWM而非CPU)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。 
    該機具有三個顯著的特點：1：恒功率輸出。所謂“恒功率”就是說在清洗缸中，不同高度的水位和不同大小的工件進行清洗，其清洗效率不變。(反映出輸出功率不變)從而具有穩(wěn)定、、長壽等特點。 
    要達到恒功率輸出，*的辦法是采用頻率自動跟蹤電路來實現(xiàn)，有關專業(yè)雜志的專家論壇zui近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，在工藝上卻難以實現(xiàn)。所以說頻率跟蹤電路要實用、簡潔、低成本。否則不可能形成工業(yè)化的產(chǎn)品。 
    2：該機的第二個特點足能做成＜99℃的加溫機型，這在行業(yè)中也是不小的突破。 
    3：工藝性的簡潔，是該機的第三個特點。三個部件，就組成了可以適應各種不同頻率和功率的超聲功率發(fā)生器，簡潔就意味著可靠、造價低和使用維護的方便。 
一個好的超聲功率發(fā)生器同樣要一個好的換能器(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一個非常重要的角色，是個很關鍵的執(zhí)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，不大注意其質量，或是無設備能力測試其主要的技術參數(shù)，比如阻抗的大小，頻率的一致性等等，心中無數(shù)，買來上機就用，這就給整機的效率、壽命埋下質量的隱患。進一步說，即使檢測，也是小功率的一般工藝性的檢測，很難反映出真正在實際工作中的技術參數(shù)。 
在此，根據(jù)我們多年來生產(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際工作中的真實技術參數(shù)，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)品的質量。 
    根據(jù)以往的經(jīng)驗教訓，壓電陶瓷換能器在工作中晶片極易發(fā)生破裂、極片易斷、接線易脫焊的機理類型(這些都是行業(yè)中一直存在的通病)，究其發(fā)生上述故障的原因，除了換能器的本身質量外，主要因為功率發(fā)生器沒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。在這點上頻率的自動跟蹤顯得尤為重要。另一個不被人們所忽視的原因，則是缸內多個換能器在工作時產(chǎn)生的各不相同頻率的反峰電壓，沒有被有效抑制所產(chǎn)生的后果。 
    另外超聲波發(fā)生器輸出給換能器的高頻電壓高低也是個重要參數(shù)，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，同時振子還容易發(fā)熱，產(chǎn)生的感應電場強，適當?shù)恼{整電路，增大輸出給振子的電壓可能會取得很好的效果”。 
    我們認為這種提法有待商榷、探討，發(fā)生器輸出給換能器的電壓高低足影響效率的一個重要原因，但它不是個固定不變的參數(shù)，要根據(jù)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。如果滿足了上述兩個條件，就是說頻率既不失諧，阻抗又相匹配，那才是效率，溫升zui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。 
    可喜的是恒功率超聲波清洗機通過近五年的不懈努力，所創(chuàng)新的“全頻、實時”自動跟蹤電路和非一般性的工藝處理，成功的解決了這些問題。有多臺加溫機型在外資企業(yè)已安全*地運行了近三年之久?？梢哉f恒功率超聲波清洗機給整個行業(yè)帶來了一片春意。 
以上是經(jīng)驗之談，其中專業(yè)技術需要懂電子技術的人士才能理解，而在這個行業(yè)有多年經(jīng)驗的認識也才能明白，不管怎樣發(fā)展，超聲波技術的核心超聲波發(fā)生器的技術的提高才能推動整個行業(yè)的發(fā)展，因此，不管地域的卻別有多大，行業(yè)之間都要有良好的技術溝通，共同發(fā)展，共同進步，共同促進超聲波行業(yè)的進步。