CN105642607A - 三频超声波清洗机 - Google Patents

Abstract

一种三频超声波清洗机，由超声波电源(1)、清洗槽(4)、多个超声波换能器(3)以及连接电缆(2)组成。超声波换能器用环氧树脂胶粘剂粘接于清洗槽的底部，超声波换能器通过连接电缆与超声波电源相连接，超声波自清洗槽的底面向上发射。超声波换能器可在低频点(LF)、中频点(MF)、高频点(HF)三个频率点附近产生稳定谐振，三个频率点的频率范围分别是低频点25~30kHz，中频点45~55kHz，高频点95~105kHz。通过选择开关控制，清洗机可选择分别工作在7种状态：LF单频、MF单频、HF单频、LF+MF双频交替、LF+HF双频交替、MF+HF双频交替、LF+MF+HF三频交替。本超声波清洗机结构简单，成本低，声场分布均匀，清洗适用范围宽。

Description

三频超声波清洗机

技术领域

本发明涉及一种超声波清洗设备，更具体地说，涉及一种清洗能力更强、对被清洗零件损伤小、适用范围宽的三频超声波清洗机。

背景技术

常规的超声波清洗设备使用的频率一般在20kHz～120kHz范围内，并且一台设备只能工作在一个频率点附近。超声波频率较低时，波长较大，产生的空化汽泡粗大，强度较高，对工件表面的冲击力较大，另外由于波长较大，在清洗槽内声场分布的均匀性也较差，因而较低频率的超声波清洗设备较适合于清洗比较粗大、表面硬度较高且形状不太复杂的工件。超声波频率较高时，波长较短，产生的空化汽泡细密，强度较低，对工件表面的冲击力较小，由于波长小、空化汽泡细密，因而声场分布较均匀，且声波的穿透性增强，对细小污物的分散乳化能力也增强，因而较高频率的超声波清洗设备较适合于清洗比较精密、表面精度较高且形状较复杂的工件。

由上述可见，用一台常规的超声波清洗设备去完成较宽范围的清洗要求是有困难的。在实际应用中，也有人将几种不同频率的超声波换能器固定在同一块底板上，分别用不同的超声波电源(超声波发生器)驱动，以期在清洗槽内产生不同频率的声场，从而达到较高的清洗或处理要求。但是，这种组合式的设备受空间的限制，各频率声场强度不能做得太高，且设备结构复杂，成本高。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单、成本低、声场分布均匀、适用范围宽、方便实用的三频超声波清洗机。

本发明的三频超声波清洗机由超声波电源、清洗槽、多个超声波换能器以及连接电缆等组成。多个超声波换能器用环氧树脂胶粘剂粘接于清洗槽地底部，超声波换能器通过连接电缆与超声波电源相连接，超声波自清洗槽的底面向上发射。该清洗机仅使用一种超声波换能器，这种超声波换能器可以在三个频率点附近产生稳定谐振，这三个频率点分别称为：低频点LF、中频点MF、高频点HF。根据换能器设计尺寸的变化，这三个频率点所在的频率范围分别是：低频点LF：25～30kHz，中频点MF：45～55kHz，高频点HF：95～105kHz。

所述超声波换能器用一台专门设计的超声波电源(超声波发生器)驱动。该超声波电源可受控输出三种所需频率的点能量，通过选择开关控制，可选择设备分别工作在7种状态下：LF单频、MF单频、HF单频、LF+MF双频交替、LF+HF双频交替、MF+HF双频交替、LF+MF+HF三频交替。采用同一台超声波电源驱动同一组超声波换能器，在某一时刻，清洗槽内只存在单一频率点的声场，但在一个时间段内，可最多交替出现三个频率点的声场。

因此，本发明具有以下优点：

1.使用同一种超声波换能器，结构简单，成本低，声场分布均匀，可达到的声功率密度较高。

2.超声波电源在输出不同频率能量时，共用同一个开关主电路，只是针对不同频率需选配合适的LC谐振匹配回路，通过控制电子开关的开通和关断，控制不同频率的切换，电路简单调节方便。

3.同一台设备有7种工作状态，大大拓展了超声波清洗设备的适用范围。

附图说明

图1是本发明三频超声波清洗机的结构原理示意图。

图中：1-超声波电源2-连接电缆

3-超声波换能器4-清洗槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的三频超声波清洗机进行详细的描述。

如图1所示，本发明的三频超声波清洗机主要由超声波电源1、清洗槽4、多个超声波换能器3及连接电缆2等组成。超声波换能器3用环氧树脂胶粘剂粘接于清洗槽4的底部，超声波换能器3通过连接电缆2与超声波电源1相连接，超声波自清洗槽4的底面向上发射。

在本实施例的清洗机中，超声波清洗槽4的底面尺寸为500mm×400mm，超声波换能器3共20个并联后通过连接电缆2与超声波电源1相连接。

本实施例的清洗机使用的超声波换能器3是自行设计的，使用PZT-8型压电陶瓷片，压电陶瓷片单片厚度5mm，直径38mm，每个换能器使用2片压电陶瓷片，自由状态下小信号测试三个串联谐振频率分别在27kHz、52kHz、97kHz附近。超声波电源1用于驱动超声波换能器3，主电路采用半桥式开关功率、频率变换电路，工作频率的产生和控制使用3525集成脉宽调制器，通过电子开关控制其第6脚的外接电阻值，则可以快速改变其输出频率，从而使本实施例的清洗机工作在所需要的频率上。功率输出采用变压器串联LC谐振匹配回路，使得在本实施例的清洗机在所需工作频率上有合适的功率输出。

本实施例的频率转换控制电路可以在毫秒数量级上控制三个频率之间的转换。实际观察发现，当不同频率之间的转换时间缩短到一定程度时，频率转换时在清洗液中会产生一种高速脉动，有助于被洗工件上污物的分散乳化，有助于狭缝及细孔中污物的清除。

本实施例的清洗机实测的三个工作频率为：低频LF≈25.5kHz，中频MF≈49.5kHz，高频HF≈97.5kHz，超声波电源的最大输入电功率P≈1.0kW。通过超声波电源面板上的频率选择开关，本清洗机可选择分别工作在以下7种工作状态下：

1)单一频率：低频(LF)工作状态；

2)单一频率：中频(MF)工作状态；

3)单一频率：高频(HF)工作状态；

4)双频率：低频(LF)+中频(MF)交替工作状态；

5)双频率：低频(LF)+高频(HF)交替工作状态；

6)双频率：中频(MF)+高频(HF)交替工作状态；

7)三频率：低频(LF)+中频(MF)+高频(HF)交替工作状态。

Claims (4)

1.一种三频超声波清洗机，包括超声波电源(1)、多个超声波换能器(3)和清洗槽(4)，所述多个超声波换能器(3)用环氧树脂胶粘剂粘接在清洗槽(4)的底板上，所述多个超声波换能器(3)并联后通过连接电缆(2)与超声波电源(1)相连，其特征在于：所述超声波换能器(3)可以在三个频率点附近产生稳定谐振，这三个频率点分别是低频点(LF)、中频点(MF)和高频点(HF)，而且这三个频率点所在的频率范围分别是：低频点(LF)25～30kHz，中频点(MF)45～55kHz，高频点(HF)95～105kHz。

2.根据权利要求1所述的三频超声波清洗机，其特征在于：所述清洗机的三个工作频率点为：低频点(LF)≈25.5kHz，中频点(MF)≈49.5kHz，高频点(HF)≈97.5kHz。

3.根据权利要求1或2所述的三频超声波清洗机，其特征在于：所述超声波电源(1)的输出频率的快速跳转是通过用电子开关改变3525集成脉宽调制器第6脚的外接电阻值实现的。

4.根据权利要求1或2所述的三频超声波清洗机，其特征在于：该清洗机包括选择开关，选择开关用于选择所述超声波换能器的工作频率。