طراحی ترانسدیوسر شستشوی آلتراسونیک 20 کیلوهرتز

فرکانس: 20 کیلوهرتز

طول کلی : 85 میلی متر

بیشترین قطر: 59 میلی متر

کمترین قطر: 38 میلی متر

شستشوی قطعات در حمام آلتراسونیک

در ویدئوی زیر نحوه استفاده از امواج آلتراسونیک برای ایجاد کاویتاسیون در یک مخزن حاوی سیال به منظور شستشوی قطعات نشان داده شده است. برای این کار از ترانسدیوسرها مخصوص شستشو استفاده می شود.

معرفی پدیده کاویتاسیون

به طور ساده، به فرایند شکل گیری و فروپاشی حباب های بسیار ریز در یک نقطه یا ناحیه از سیال کاویتاسیون گفته می شود. این حباب ها در اثر تغییر فشار یا دما در سیالات بوجود می آیند. عاملی که باعث تغییر دما یا فشار می شود، می تواند تغییر ناگهانی سرعت سیال، پرتو لیزر و یا اعمال نیروی متمرکز توسط امواج آلتراسونیک باشد. ایجاد کاویتاسیون در پمپ ها می تواند باعث خوردگی پره های پمپ شود و به این دلیل پدیده مضری شناخته می شود. ولی از این پدیده می توان بهره برداری مثبت نیز نمود. در اکثر کاربردهای آلتراسونیک مانند شستشوی قطعات در حمام آلتراسونیک، جرم گیری لوله های صنعتی و یا عصاره گیری از گیاهان، مبنای کار ایجاد کاویتاسیون در سیال بوسیله امواج آلتراسونیک می باشد. 

همانطور که در شکل مشاهده می شود، امواج پرقدرت آلتراسونیک در سیال حباب هایی به صورت جوانه ایجاد می کنند و این جوانه ها با قرار گرفتن در نوسان موج و یا به اصطلاح نواحی پرفشار و کم فشار موج، به تدریج رشد می کنند تا به یک اندازه بحرانی برسند و پس از آن منفجر می شوند و در نقطه انفجار دما و فشار بسیار بالایی تولید می کنند. زمانی که تعداد حباب ها زیاد باشد ، این دما و فشار بسیار بالا می تواند نیروی بسیار زیادی به هر ماده ای که در مجاورت محل انفجار است وارد کند.

وقتی که در سیال امکان ایجاد حباب و انفجار آن وجود دارد و یا به بیان دیگر در سیال امکان ایجاد کاویتاسیون وجود دارد اصطلاحاً گفته می شود که سیال در آستانه کاویتاسیون قرار دارد. نواحی پرفشار و کم فشاری که امواج آلتراسونیک در سیال ایجاد می کنند، فشار آکوستیک نام دارد. رابطه مستقیمی بین اندازه فشار آکوستیک و آستانه کاویتاسیون وجود دارد. در شبیه سازی بسیاری از کاربردها که نیاز است عملکرد ابزار آلتراسونیک در ایجاد کاویتاسیون در سیال مورد ارزیابی قرار گیرد، توانایی ابزار برای ایجاد فشار آکوستیک مورد ارزیابی قرار می گیرد. در نرم افزار کامسول این قابلیت وجود دارد که فشار آکوستیک تولید شده در سیال توسط ابزار آلتراسونیک شبیه سازی و تحلیل شود. 

استخراج عصاره گیاهان با استفاده از امواج آلتراسونیک

یکی از کاربردهای امواج آلتراسونیک، استخراج عصاره گیاهان می باشد. همانطور که در این ویدئو تشریح می شود، اساس این روش ایجاد کاویتاسیون در محیط مایعی است که گیاه در آن قرار دارد و کاویتاسیون ایجاد شده در مایع می تواند عصاره گیاهان را خارج نماید.

تشریح عملکرد هورن آلتراسونیک

همانطور که قبلاً اشاره شد، هورن قسمتی از یک تجهیز آلتراسونیک است که روی ترانسدیوسر مونتاژ می شود و وظیفه انتقال ارتعاش از ترانسدیوسر به منطقه انجام عملیات جوشکاری، دوخت، همگن سازی و ..... را بر عهده دارد و می تواند ضمن انتقال ارتعاش دامنه نوسان موج را نیز تقویت نماید. همچنین می توان بین ترانسدیوسر و هورنی که مسئول انجام عملیات است یک قطعه با هندسه هورن استفاده کرد که یک مرحله دامنه ارتعاش تقویت شود و بعد دامنه ارتعاش مجدداً توسط هورن تقویت شود که به این قطعه واسط اصطلاحاً بوستر گفته می شود. 

هورن می تواند اشکال مختلفی داشته باشد که هر هندسه انتخابی می تواند به شکل متفاوتی دامنه موج را تقویت نماید.

طراحی هورن فرایند ساده ای نیست. زیرا هورن باید طوری طراحی شود که زمانیکه روی ترانسدیسور مونتاژ می شود، فرکانس رزونانس کل مجموعه با فرکانس رزونانس ترانسدیوسر به تنهایی یکی باشد و از طرفی تنظیم دامنه مورد نیاز با توجه به کاربرد مد نظر ، در انتهای هورن نیز نکات خاص خود را دارد .

در ویدئوی زیر نحوه تقویت دامنه نوسان توسط هورن نمایش داده شده است.

مشخصات ترانسدیوسر و هورن:

طول ترانسدیوسر: 78.5 میلی متر

قطر: 38 میلی متر

جنس پیزوالکتریک: PZT8

جنس جرم جلویی و هورن: آلومینیوم آلیاژی

جنس جرم پشتی: فولاد آلیاژی

فرکانس کاری: 25 کیلوهرتز

طول هورن : 97 میلی متر

نوع هورن : پله ای متقارن

قطر ابتدا: 38 میلی متر

قطر انتها : 20 میلی متر

آنالیز مودال ترانسدیوسر آلتراسونیک 25 کیلوهرتز

مشخصات ترانسدیوسر:

طول کلی : 78.5 میلی متر

قطر: 38 میلی متر

جنس پیزوالکتریک: PZT8

جنس جرم جلویی: آلومینیوم آلیاژی

جنس جرم پشتی: فولاد آلیاژی

فرکانس کاری: 25 کیلوهرتز

جرم گیری دندان بوسیله ابزار آلتراسونیک

استفاده از آلتراسونیک درپزشکی سابقه طولانی دارد. یکی از این کاربردها استفاده از ابزار آلتراسونیک برای جرم گیری دندان می باشد. در روش های سنتی برای جرم گیری دندان از ابزارهای نوک تیز با انحناهای مختلف برای رسیدن به سطوح مختلف دندان استفاده می گردید و مبنای کار جرم گیری نیروی دست دندان پزشک بودکه علاوه بر ایجاد خستگی برای دندان پزشک، امکان آسیب رسیدن به سطح دندان و ایجاد درد در بیمار نیز وجود داشت. با استفاده از آلتراسونیک از ابزارهایی با فرم همان ابزارهای سنتی استفاده می شود ولی با این تفاوت که این ابزارها بر روی یک ترانسدیوسر آلتراسونیک قرار گرفته اند و در مرکز این ابزارها یک کانال بسیار باریک برای عبور آب قرار دارد. روش کار به این شکل است که آب با فشار مشخص به نوک ابزار پمپ می شود و ارتعاش ابزار آلتراسونیک باعث ایجاد کاویتاسیون در آب خروجی از نوک ابزار می شود. حباب های حاصل از کاویتاسیون در برخورد با جرم دندان منفجر شده و انرژی زیادی را آزاد می کنند و نیروی حاصل باعث جدا شدن جرم از سطح دندان می شود. در این روش هیچ نیرویی توسط دندان پزشک به ابزار و سطح دندان وارد نمی شود و بدون کوچکترین آسیبی به سطح دندان و بدون ایجاد درد در بیمار عملیات جرم گیری از سطوح مختلف دندان انجام می شود. 

در این ویدئو این روش معرفی شده است:

جرم گیری لوله های صنعتی با استفاده از ابزار آلتراسونیک

یکی از مشکلات دائمی  لوله های صنعتی تشکیل جرم در دیواره داخلی این لوله ها می باشد. در روش های مرسوم فعلی، برای جرم گیری لوله ها نیاز به توقف سیال در حال حرکت در لوله می باشد و سپس با استفاده از مواد شیمیایی اقدام به جرم زدایی از دیواره داخلی لوله می شود و یا با جدا کردن قسمتی از لوله  و با استفاده از جت پر فشار آب اقدام به جرم زدایی از لوله می شود. در هرحال در روش های کنونی نیاز است که به نحوی به سطح دیواره داخلی لوله دسترسی ایجاد شود. این روش ها بدلیل ایجاد توقف به فرایند و بدلیل اینکه تهاجمی می باشند بسیار پرهزینه هستند و می توانند به لوله آسیب وارد کنند.

 با نصب ابزار آلتراسونیک بر روی دیواره بیرونی لوله و ایجاد کاویتاسیون در سیال داخل لوله با استفاده از امواج آلتراسونیک، می توان بدون توقف در فرایند کاری لوله، اقدام به جرم گیری از دیواره داخلی لوله کرد. این روش بسیار کم هزینه، غیر تهاجمی و بدون توقف خط تولید انجام می شود.

در ویدئوی زیر این روش معرفی شده است:

تخلیه سیلوها و یا هاپرهای حاوی مواد پودری با کمک ابزار آلتراسونیک

یکی از مشکلاتی که در زمان تخلیه مواد پودری از سیلوها و یا هاپرهای صنعتی بوجود می آید، متراکم شدن و گیر کردن مواد در خروجی هاپر می باشد. برای جلوگیری از بروز این مشکل از ویبراتورهای صنعتی استفاده می شود که علاوه بر استهلاک سر و صدای زیادی تولید می کنند. با استفاده از یک ابزار آلتراسونیک در بدنه این هاپرها می توان همان ارتعاش را با مصرف انرژی و  استهلاک کمتر و بدون ایجاد سرو صدا ایجاد کرد.

در ویدئوی زیر نحوه انجام این کار نشان داده شده است.

استفاده از امواج آلتراسونیک در تنش گیری قطعات صنعتی

در ویدئوی زیر چگونگی استفاده از امواج آلتراسونیک در تنش گیری  قطعات صنعتی و برخی از کاربردهای دیگر امواج آلتراسونیک نشان داده شده است.