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