Тип ультразвукового преобразователя: сравнение магнитострикционного и пьезоэлектрического преобразователя
Есть два типа преобразователей для генерации звуковых волн, необходимых для процесса: пьезоэлектрические и магнитострикционные. Хотя их функций достаточно, чтобы занять место на рынке, каждый тип ультразвукового преобразователя имеет свои особенности, что делает его более подходящим для конкретных задач. Чтобы сравнить их, необходимо изучить, как они работают, и их соответствующие характеристики.
1. Принцип работы
В пьезоэлектрической технологии используется кристалл с особыми электрическими свойствами из цирконата-титаната свинца. В преобразователе этот кристаллический материал имеет два провода, прикрепленные к противоположным граням. Затем кристалл и проводка собираются в корпусе между двумя металлическими пластинами. Когда ток течет по проводке и входит в кристалл, кристалл быстро меняет форму и расширяется. Когда ток прекращается, кристалл возвращается к своей первоначальной форме. Ультразвуковой преобразователь, использующий эту технологию, быстро пропускает ток через кристалл с заданной частотой, тем самым создавая резонансный эффект.
Принцип работы магнитострикционного ультразвукового преобразователя заключается в том, что богатые железом металлы расширяются и сжимаются под воздействием магнитного поля. Чтобы воспользоваться таким поведением, металлические сердечники с высоким содержанием железа обернуты медными проводами. Затем компонент помещается в резервуар. Когда ток проходит по медному проводу, металлический сердечник расширяется и удлиняется. Как и в пьезоэлектрическом преобразователе, ток заданной частоты вызывает резонансный эффект.
2. Фиксированный способ
Клей используется для приклеивания пьезоэлектрического ультразвукового преобразователя к корпусу ультразвукового очистителя. Когда впервые была представлена пьезоэлектрическая технология, это создало проблемы, потому что клей ослабел и в конечном итоге вышел из строя. В связи с развитием инженерных технологий, которые могут быть использованы в авиастроении, это ограничение больше не существует. Несмотря на многократное использование, современные клеи по-прежнему не позволяют прикрепить датчик.
Корпус магнитострикционного преобразователя приварен непосредственно к резервуару ультразвукового очистителя, обеспечивая прочное, трудно разрушаемое соединение.
3. Частота ультразвукового преобразователя
Идеальное состояние ультразвуковой очистки - работать на частоте 40–70 кГц, но процесс все еще можно проводить в широком диапазоне 25–170 кГц.
Магнитострикционные ультразвуковые преобразователи могут работать только на частотах до 30 кГц, что означает, что их применимое использование сильно ограничено. В этом случае лучше всего использовать систему ультразвуковой очистки магнитострикционного преобразователя для больших машин, в которых есть загрязнения, которые трудно удалить. Процесс также не должен требовать тщательной очистки оборудования. Пример этого применения можно использовать на линии обработки гальванических покрытий.
С другой стороны, пьезоэлектрический ультразвуковой преобразователь может работать во всем диапазоне от 25 кГц до 170 кГц, что делает его использование чрезвычайно разнообразным.
4. Потребление энергии
Магнитострикционные ультразвуковые преобразователи должны преобразовывать электрическую энергию в магнитную, а затем использовать ее для выработки механической энергии. В ходе всего процесса будет генерироваться много энергии, которая обычно теряется в виде тепловой энергии.
Пьезоэлектрический ультразвуковой преобразователь может преобразовывать ток низкого напряжения в механическую энергию за один прием, что делает его высокоэффективным. Следовательно, пьезоэлектрический преобразователь может выполнять больше работы, потребляя при этом то же количество электроэнергии.
5. Собственный уровень шума ультразвукового преобразователя.
Когда генерируются гармонические частоты, субгармонические частоты обычно производятся как естественные продукты. Рабочая частота большинства пьезоэлектрических преобразователей составляет 40 кГц или выше, что означает, что первая генерируемая субгармоника составляет 20 кГц, что выходит за пределы диапазона нормального человеческого слуха.
Магнитострикционные ультразвуковые преобразователи обычно работают на частоте 30 кГц или ниже, производя слышимые субгармонические частоты. Эти частоты звучат так же, как гул высоковольтных электрических цепей или трансформаторов, слышимый с близкого расстояния. Когда несколько магнитострикционных преобразователей установлены в одном резервуаре для ультразвуковой очистки, уровень шума требует использования защитных слуховых аппаратов.
6. Ожидаемый срок службы ультразвукового преобразователя.
В пьезоэлектрических преобразователях сначала используются кристаллы кварца, и со временем кристаллы кварца в конечном итоге потеряют прочность. С тех пор инженеры создали полупроводниковые керамические материалы, которые можно предварительно состарить с помощью специального процесса, тем самым снижая степень износа после сборки компонентов.
В сочетании с новыми кристаллическими соединениями их срок службы такой же, как у магнитострикционных преобразователей, а магнитострикционные преобразователи всегда имели долгий срок службы.
