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换能器产品分类选择

超声波换能器产品分类选择

1.产品分类
公司产品可依不同方式进行分类,主要有:
  A.压电晶片分类:采用黑色晶片的P4系列和采用黄色晶片的P8系列;
   B.频率分类:低频系列(17~23KHz)、中频系列(25~28KHz)、中高频系列(33~60KHz)和高频系列(68-200KHz);
   C.功率分类:50W系列(含60W)、100W系列(含80W)及其他非常规功率;
   D.形状分类:直柱形和喇叭型;

2.产品型号选择
   面对诸多型号换能器,按以下的说明来选择适合的一款,是很重要的。

2.1不同压电晶片换能器的应用场合
A.压电晶片的比较:
   1).黄色晶片为P8系列(按国家部颁标准分类,下同)大功率压电陶瓷材料,具有发热量低,强场损耗小,热稳定性好的优点,一般适用于大功率超声发射,如超声焊接、大功率清洗等。
   2).黑色晶片为P4系列压电陶瓷材料,具有高介电常数,高机电耦合系数等的优点,一般适用于中等功率的超声波应用,如清洗或收发用传感器等。
而我公司采用的黑色晶片与传统P4系列相比更具有高的热稳定性、高的居里温度(Tc=350℃)和高的机电品质因素等优点。
B.不同晶片换能器的比较:
   1).黄色晶片组装的换能器电容量变化绝对值低,强场损耗小,因而相对于相同的驱动线路而言,发热量低、热稳定好。水花表现为对清洗负载变化稳定,冲击大,属中规中矩型。
   2).黑色晶片的换能器机电耦合系数高,居里温度高,因而电声转换效率高。且比其他采用一般P4系列的产品具有更高的稳定性和较高的耐温。水花表现为水柱高,空泡手感丰富,但对清洗负载变化灵敏度高。
   3)使用场合(建议):高频(如40K以上)或小功率换能器(60W以下)采用黑色晶片组装的换能器,低频或大功率换能器采用黄色晶片组装的换能器。

2.2不同频率换能器的应用场合
   换能器频率与波长成反比,波长大小与空泡直径大小有关(严格意义说,是频率低成核的时间较长所致),而空泡直径与其爆炸压力成有关。一般频率越高,波长小,空泡直径小,爆炸压力低,但空泡密度高,渗透性好。
基于以上原理:
   被清洗物污垢较重或较难被清洗,且爆炸冲击对被清洗物表面伤害不大时,应选择低频系列换能器。常用行业有:磁性行业、汽保行业、纺织行业等。注意,此系列的噪声较大,最好做隔音处理。
   被清洗物污垢稍重或清洗难易适中,且爆炸冲击对被清洗物表面伤害不大时,应选择中频系列换能器。此系列行业应用最广,常见的有:机械加工行业、电镀行业、餐饮行业等。
   被清洗物污垢较轻、清洗容易,或对爆炸冲击对被清洗物表面伤害有要求时,应选择中高频系列换能器。常用的行业有:精密零件、玻璃眼镜、电子元器件、电路板等;
   被清洗物污垢很轻、清洗容易,要求对爆炸冲击对被清洗物表面禁止有任何伤害时,应选择高频系列换能器。常用的行业有:半导体、特殊的高精密零件等。

2.3 不同功率换能器的应用场合
   换能器的功率取决于压电陶瓷体积和设计频率。
   考虑输入驱动电压的限制,在一定频率下,压电陶瓷体积一般通过其直径变化来调整功率大小。
   考虑避免能器横向振动的干扰,换能器设计时横向振动频率(对应于直径)要远高于使用频率(纵向频率),这样频率限制了换能器的功率范围。
   基于以上原理:一般低频场合选用100W系列或更高功率的非常规系列,中频场合选择50W或100W系列,中高频以上选50W系列或更低功率的非常规系列。
   需要说明的是,对于可用50W或100W系列的中频场合,如条件允许,尽可能选择低功率的,因为功率低的换能器,需要的数量多,超声波均匀性好,振子稳定性好,寿命高,不锈钢材料表面空化腐蚀小。

2.4不同形状换能器的应用场合
   常 用换能器形状主要分喇叭形和直柱形,它们在结构上的差别主要在于辐射前盖的形状,前者是锥体喇叭;后者是直棒形状。喇叭形换能器的阻抗高,带宽宽,更易于 适配电路,因此其声辐射效率比直柱形换能器高,即同样的输入电功率.在清洗槽中得到较大的声功率,而消耗在换能器上的电功率较少,因而换能器的发热也低。 当输入换能器的电功率相同时, 由于喇叭辐射面的面积比棒状换能器大,所以辐射面的声强较低,与其粘结的不锈钢板表面空化腐蚀小。所以在一般情况下采用喇叭状换能器较好。但直柱形换能器 因其辐射面的面积小,辐射声强高,作用距离远,例如清洗较深螺孔时,就宜采用此型。

六、产品安装事项
   采用我公司换能器安装注意事项:
   1)选择固化收缩率及热膨胀系数较低的胶,可降低振子胶合应力和振子的胶合可靠性。
   2)粘合面采用喷砂工艺,增加粘合比表面积,达到增加粘合强度效果;
   3)粘合面采用丙酮、无水酒精等溶剂清洗被胶合表面。
   4)采用植钉粘合工艺时,植钉的吹垂直校正非常重要。
   5)粘合固化时,预应力加载大小及其值一致性控制非常重要。
   6)建立胶合过程阻抗控制工艺,以降低振子胶合阻抗,提高振子的电声转换效率。
   7)建立胶固化后振子的胶合阻抗测试工艺,提高每组振子能量负载的均匀性。
   8)振子电极导线柔软性的选择、高可靠性焊接及采取绝缘强化措施工艺非常重要。
   9)振子安装接线后的绝缘检测很重要。
   10)热水(40℃~60℃)状态调试机器,并合理控制机器的使用温度,建议低于80℃条件。
七、常见疑问解答
   
如何判别换能器正负极
   两压电晶片中间所在的电极是正极;
   
换能器如何接线
   并联接线法,导线需穿孔绕结再锡焊,忌搭焊。
   换能器连接的导线选择
   采用足够柔软的1.2平方线径左右的硅胶导线。
   
换能器如何绝缘和测试
   裸露在外导线及锡焊接部位采用热缩套管加硅胶涂覆密封。
   
换能器如何测试绝缘
   采用1500V左右的兆欧表测试正负极的绝缘电阻,要求大于50MΩ,高湿度环境除外。
   
换能器参数所代表有意义
   自 由电容CT=C0+C1,C0为静态电容,C1为动态电容,Dt为介质损耗,fs为串联谐振频率,fp为并联谐频率,频宽fsp=fp-fs,带宽 f12=f2-f1,f1和f2分别为半功率点带宽所对应左右点,R1为动态电阻,L1为动态电感,Zr或Zmin为串联谐振阻抗,Zmax为串联谐振阻 抗,Qm为机械品质因素,Keff为耦合系数。
  
 换能器分组的参数顺序
   一般依次按频率、电容、阻抗来分组。
   
换能器功率定义
   清洗换能器功率,一般为额定平均功率,是指在谐振频率下的最大输入电功率。
   
清洗机功率定义
   清洗机功率,一般为换能器数量与其额定功率的几何乘积,称为名义功率。但输入电功率要低于名义功率。
   
输入电功率为何低于清洗机功率
   单 个换能器功率是在其谐振频率下的最大功率,多个换能器并联时,并联后总频率,因换能器一致性、粘合工艺等原因要偏离单个换能器的谐振频率。不能在每个换能 器最佳频率下工作时的总输入电功率自然要低于清洗机的名义功率。对单个驱动电路而言,并联的换能器越多,两者偏差越大。
  
 清洗机功率选择
   清洗机功率一般取决于水槽尺寸和换能器的分布,通常按功率密度0.5-0.6w/cm2计算。
   
清洗机换能器如何排布
   换能器的排布,取决于水槽的结构,考虑不同频率的有效作用距离,再将功率密度代入计算取整即可。
   
调机时为何有多个频率
   换 能器安装后调试机器时,强电场条件下在其谐振点附件有四个频率,较低的是振子横向振动频率,接下来是振子与不锈钢粘合形成振动方向上的整体频率,稍低于换 能器固有频率,第三是换能器固有频率,第四是换能器中晶片径向振向频率。其中第二和第三是可用的频率。另外,电路电感匹配不佳时,会有偏离频率起振现象。

扫频电路的优点
   扫频电路能让并联的每个振子在单个脉冲期内均有一次最佳的振动机会,对清洗的安装工艺、换能器一致性的选择要求降低。另外,超声振动比连续电路工作时的冲击力,超声波均匀性等效果都要好,且输入电功率更低,可靠性更强。
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