超聲波清洗機設(shè)備是以超聲波作用于清洗工件，使得附著在工件上的顆粒、油污等隨超聲波的機械振動而脫落或溶解或乳化等，達到洗凈工件的目的。從原理上說，超聲波清洗設(shè)備中核心部分應(yīng)該是超聲波的作用。
超聲波清洗機設(shè)備中的超聲波部分分為兩大部件；一個是超聲波換能器{或稱超聲波振頭)；另一個是超聲波發(fā)生器，超聲波換能器是將超聲波發(fā)生器提供的電信號轉(zhuǎn)換為機械振動．這篇文章只討論超聲波發(fā)生器，不對超聲波換能器作討論．
超聲波清洗設(shè)備電源應(yīng)用原理
超聲波發(fā)生器(以下簡稱發(fā)生器)實質(zhì)是一個功率信號發(fā)生器，它產(chǎn)生一定頻率的正弦(或類似正弦)信號，超聲波發(fā)生器的發(fā)展與電力電子器件發(fā)展密切相關(guān)，一般可分為電子管、模擬式晶體管．開關(guān)式晶體管這幾個階段，下面分別敘述。
超聲波清洗設(shè)備的原理
首先由信號發(fā)生器來產(chǎn)生一個特定頻率的信號，這個信號可以是正弦信號，也可以是脈沖信號，這個特定頻率就是換能器的頻率，一般在超聲波設(shè)備中使用到的超聲波頻率為25KHz、28KHz、35KHz、40KHz；1OOKHz或以上現(xiàn)在尚未大量使用．但隨著以后精密清洗的不斷發(fā)展。相信使用面會逐步擴大．
功率放大器可有多種形式，如電子管甲類放大器．甲乙類放大器；晶體管甲類或乙類放大器（均屬于模擬式)：晶體管開關(guān)式放大器等，功率一般從50W到5000W不等，由信號發(fā)生器產(chǎn)生的頻率信號經(jīng)過功率放大器后需經(jīng)過阻抗匹配，使得輸出的阻抗與換能器相符，推動換能器將電信號轉(zhuǎn)換為機械振動．
比較完善的超聲波發(fā)生器還應(yīng)有反饋環(huán)節(jié)，主要提供二個方面的反饋信號：第一個是提供輸出功率信號，我們知道當發(fā)生器的供電電源（電壓）發(fā)生變化時．發(fā)生器的輸出功率也會發(fā)生變化，這時反映在換能器上就是機械振動忽大忽小，導(dǎo)致清洗效果不穩(wěn)定．因此需要穩(wěn)定輸出功率，通過功率反饋信號相應(yīng)調(diào)整功率放大器，使得功率放大穩(wěn)定。
第二個是提供頻率跟蹤信號．當換能器工作在諧振頻率點時其效率最高，工作最穩(wěn)定，而換能器的諧振頻率點會由于裝配原因和工作老化后改變，當然這種改變的頻率只是漂移，變化不是很大，頻率跟蹤信號可以控制信號發(fā)生器，使信號發(fā)生器的頻率在一定范圍內(nèi)跟蹤換能器的諧振頻率點．讓發(fā)生器工作在最佳狀態(tài)。當然隨著現(xiàn)代電子技術(shù)，特別是微處理器(uP)及信號處理器(DSP)的發(fā)展，發(fā)生器的功能越來越強大，但不管如何變化，其核心功能應(yīng)該是如上所述的內(nèi)容，只是每部分在實現(xiàn)時技術(shù)不同而已。
超聲波清洗設(shè)備電源應(yīng)用原理
發(fā)生器發(fā)展的幾個階段
發(fā)生器發(fā)展可以分為三個大的階段；第一個階段是采用電子管放大器；第二個階段是采用晶體管模擬放大器；第三個階段是采用晶體管數(shù)字(開關(guān))放大器。
3.1電子管放大器
在早期上世紀80年代前，信號的功率放大還采用電子管．采用電子管的唯一好處呈它的動態(tài)范圍較寬．這個好處對于音頻放大器致關(guān)重要，但對超聲波發(fā)生器沒有什么用處，因此一旦功率晶體管出現(xiàn)后即遭淘汰．電子管的缺點很多，例如，功耗大。體積大、壽命短，效率低。
3．2晶體管模擬放大器
上世紀80年代到90年代中旬，功率晶體管發(fā)展已非常成熟，各種OCL及OTL電路均適用于發(fā)生器．它的原理圖如圖2所示．
信號發(fā)生器產(chǎn)生一個特定頻率的正弦波，經(jīng)前置放大器進行信號放大，推動功率放大器進行功率放大。再經(jīng)阻抗變換，提供給換能器，其中VCC，VEE是通過變壓．整流、濾波后的直流電源。
但模擬功率放大器有幾個缺點：
(1)功耗較大。由于OTL，OCL電路理論效率只有78％左右，實際效率更低，功耗大，導(dǎo)致功率管發(fā)熱嚴重，需要較大的散熱功率．功率管的發(fā)熱導(dǎo)致工作不太穩(wěn)定．
(2)體積大、重量重．由于功率管輸出的功率受到
限制，要輸出較大的功率需要更多的功率管，況且發(fā)生器所需求的直流電源是通過變壓器降壓。整流。濾波后得到的．大功率的變壓器比較重，效率也比較低．
(3)不易使用現(xiàn)代的微處理器來處理，由于該電路呈現(xiàn)一個比較典型的模擬線路特征，用數(shù)字處理比較復(fù)雜，涉及到A／D(模擬轉(zhuǎn)數(shù)字)和D／A(數(shù)字轉(zhuǎn)模擬)，成本比較高，可靠性低
超聲波是一種頻率超出人類聽覺范圍20 kHz以上的聲波。超聲波的傳播要依靠彈性介質(zhì)，其傳播時,使彈性介質(zhì)中的粒子振蕩,并通過介質(zhì)按超聲波的傳播方向傳遞能量,這種波可分為縱向波和橫向波。在固體內(nèi),兩者都可以傳送,而在氣體和液體內(nèi),只有縱向波可以傳送。超聲波能夠引起質(zhì)點振動,質(zhì)點振動的加速度與超聲頻
超聲波清洗
超聲波清洗
率的平方成正比。因此,幾十千赫茲的超聲會產(chǎn)生極大的作用力,強超聲波在液體中傳播時,由于非線性作用,會產(chǎn)生聲空化。在空化氣泡突然閉合時發(fā)出的沖擊波可在其周圍產(chǎn)生上千個大氣壓力,對污層的直接反復(fù)沖擊,一方面破壞污物與清洗件表面的吸附,另一方面也會引起污物層的破壞而脫離清洗件表面并使它們分散到清洗液中。氣泡的振動也能對固體表面進行擦洗。氣泡還能“鉆入”裂縫中做振動,使污物脫落。對于有油脂性污物,由于超聲空化作用,兩種液體在界面迅速分散而乳化,當固體粒子被油污裹著而粘附在清洗件表面時,油被乳化,固體粒子即脫落?？栈瘹馀菰谡駝舆^程中會使液體本身產(chǎn)生環(huán)流,即所謂聲流。他可使振動氣泡表面存在很高的速度梯度和粘滯應(yīng)力,促使清洗件表面污物的破壞和脫落,超聲空化在固體和液體表面上所產(chǎn)生的高速微射流能夠除去或削弱邊界污層,腐蝕固體表面,增加攪拌作用,加速可溶性污物的溶解,強化化學清洗劑的清洗作用。此外,超聲振動在清洗液中引起質(zhì)點很大的振動速度和加速度,亦使清洗件表面的污物受到頻繁而激烈的沖擊。
[1]
影響清洗因素
清洗介質(zhì)：采用超聲波清洗，一般有兩類清洗劑即化學溶劑和水基清洗劑。清洗介質(zhì)的化學作用可以加速超聲波清洗效果，超聲波清洗是物理作用，兩種作用相結(jié)合，依對物件進行充分、徹底的清洗。
功率密度：超聲波的功率密度越高，空化效果越強，速度越快，清洗效果越好，但對于精密的表面光潔度甚高的物件，采用長時間的高功率密度清洗會對物件表面產(chǎn)生空化、腐蝕。
超聲頻率：適用于工件粗、臟、初洗，頻率高則超聲波方向性強，適合于精細的物件清洗。
清洗高溫：一般來說，超聲波在50°C~60°C時的空化效果最好，清洗劑也不是溫度越高，作用越顯著，有可能會高溫失效，通常超聲波在超過85°C時，清洗效果已變差。所以實際應(yīng)用超聲波清洗時，采用50°C~70°C的工作溫度。
