CN112122241A - 一种超声波清洗装置 - Google Patents

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王欣盛
张伟明
付超
应斯
邓先生
张锦
龚宇佳
杨国泰
黄小华
王晓方
沈瑜
齐青峰
金亮
张明
伍翀
刘欣宜
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Abstract

本发明公开了一种超声波清洗装置，所述装置包括：清洗槽、超声波清洗模块和加热模块；所述超声波清洗模块包括超声波发生器和超声波换能器，设置于所述清洗槽中；所述加热模块用于对清洗槽内的液体进行加热；通过所述超声波发生器将工频交流电信号转换为高频交流电信号，并将所述高频交流电信号输入至所述超声波换能器；通过所述超声波换能器将接收到的所述高频交流电信号转换为超声波并输出。本发明实现了无需人工清洗的条件下，快速彻底的对油试验用品进行清洗，缩短了清洗时间并节约用水，既保证测量数据可靠性又大大提高了工作效益，以便于提高测量的准确性和可靠性。

Description

一种超声波清洗装置
技术领域
本发明涉及试验电极或绝缘油试验中部件的清洗技术领域，更具体地，涉及一种超声波清洗装置。
背景技术
绝缘油是电力设备中主要的介质之一，在电力设备中主要起绝缘、散热等作用。为确保电力设备能正常安全运行，对绝缘油进行电性能试验，并得到准确的数据，是非常有必要的。在试验过程中，对取样设备和试验设备的清洗，会直接影响试验中测试数据的准确性，所以在对这些设备的清洗是非常必要的。
目前大部分的清洗方法都是采用一些化学洗涤剂进行人工清洗，在清洗过程中，一方面洗涤剂会产生大量泡沫；另一方面有些设备较小、表面有凹槽不规则，所以不易清洗干净。
超声波清洗技术在工业精密清洗中已经得到广泛的应用，例如在机械行业：包括防锈油脂的去除、量具刃具的清洗、机械零部件的除油除锈、发动机及汽车零件的清洗以及过滤器和滤网的疏通清洗等等；表面处理行业：包括电镀前的除油除锈、离子镀前清洗、磷化处理、清除积炭、氧化皮、抛光膏和金属工件表面活化处理等等。膏，金属件表工业用超声波清洗机是利用超声波发生器将电源产生高频信号，并由机械振子将高频信号转换成高频的机械震荡，在清洗槽的液体中疏密相间的传播，超声波在清洗液中对被清洗件表面产生碰撞，使工件表面的污物被分散、乳化、剥离，而达到清洗目的。在整个清洗过程中，给清洗液加热，使得工件表面的污物更容易被清洗。由于目前大部分超声波清洗都被应用在工业制造中，所以其相关的主要参数都是为满足工业需要来设置的，清洗剂的外形体积一般比较大，且超声波发生器固定在清洗槽上，在对试验设备，特别是绝缘油电性能试验中，未得到较好应用。
因此，需要一种超声波清洗装置，以实现对绝缘油电性能试验中的零部件或设备进行清洗。
发明内容
本发明技术方案提供一种超声波清洗装置，以解决如何对绝缘油电性能试验中的零部件或设备进行清洗的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种超声波清洗装置，所述装置包括：清洗槽、超声波清洗模块和加热模块；所述超声波清洗模块包括超声波发生器和超声波换能器，设置于所述清洗槽中；所述加热模块用于对清洗槽内的液体进行加热；
通过所述超声波发生器将工频交流电信号转换为高频交流电信号，并将所述高频交流电信号输入至所述超声波换能器；
通过所述超声波换能器将接收到的所述高频交流电信号转换为超声波并输出。
优选地，所述超声波发生器包括高频振荡器、功率放大器、逆变器和电源；
所述高频振荡器与所述功率放大器相连接，用于将工频交流电信号转换为高频振荡信号；
所述功率放大器与所述逆变器相连接，用于对所述高频振荡信号进行功率放大，并将经过功率放大的所述高频振荡信号转换为高频交流电信号；
所述电源分别连接于所述高频振荡器和所述功率放大器，用于对所述高频振荡器和所述功率放大器进行供电。
优选地，所述高频振荡器包括他激电路和自激电路；
所述他激电路用于提供他激信号使所述高频振荡器获取高频振荡信号；
所述自激电路用于提供自激信号使所述高频振荡器获取高频振荡信号。
优选地，所述他激电路包括集成锁相环电路，所述集成锁相环电路的第三、第五和第十四引脚接地；第六和第七引脚连接分别振荡电容的第一端和第二端；第九引脚连接第一压控振荡器；第十一引脚依次连接第一振荡电阻和第二压控振荡器；第十二引脚依次连接第二振荡电阻和第三压控振荡器；第四引脚为信号输出端，用于输出他激信号。
优选地，所述自激电路包括电流互感器、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5和比较器；
其中，所述电流互感器与电容C1并联；电阻R1的两端分别与电容 C1和电容C2的第一端相连，构成π型滤波电路；二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4构成限位电路；电容C3的第一端连接电容C2的第一端，电容C3的第二端接地；二极管D5的阴极连接电容C2的第二端，二极管D5的阳极接地；电阻R2的第一端连接二极管D4的阳极，电阻 R2的第二端接地；二极管D3的阴极连接至所述比较器的同相输入端，二极管D4的阳极连接至所述比较器的反相输入端；比较器的输出端连接电阻R3。
优选地，通过调节电阻R1和电阻R2的阻值调整所述高频振荡器的振荡频率，将生成的振荡方波信号从所述集成锁相环电路的第四引脚输出振荡频率。
优选地，所述振荡频率范围为20kHz至35kHz。
优选地，所述逆变器的输出电流通过所述电流互感器进行采样，将采集的电流信号通过电阻R1转换成电压信号，并将所述电压信号发送至所述比较器的输入端；当所述比较器的输入端和反相输入端的电压差大于阈值时，通过所述逆变器输出方波信号。
优选地，当所述逆变器没有输出功率时，所述高频振荡器通过他激电路提供他激信号，使所述高频振荡器获取高频振荡信号；
当所述逆变器有输出功率时，通过检测电路将所述逆变器的输出信号反馈至所述高频振荡器，使得所述高频振荡器切换至自激状态，所述高频振荡器通过自激电路提供自激信号，使所述高频振荡器获取高频振荡信号。
优选地，所述超声波清洗模块包括超声波发生器和超声波换能器；所述超声波发生器包括高频振荡器、功率放大器和逆变器；
所述高频振荡器与所述功率放大器相连接，用于将工频交流电信号转换为高频振荡信号；
所述功率放大器与所述逆变器相连接，用于对所述高频振荡信号进行功率放大，并将经过功率放大的所述高频振荡信号转换为高频交流电信号；
通过所述超声波换能器将接收到的所述高频交流电信号转换为超声波并输出。
本发明技术方案提供一种超声波清洗装置，装置包括：清洗槽、超声波清洗模块和加热模块；超声波清洗模块包括超声波发生器和超声波换能器，设置于清洗槽中；加热模块用于对清洗槽内的液体进行加热；通过超声波发生器将工频交流电信号转换为高频交流电信号，并将高频交流电信号输入至超声波换能器；通过超声波换能器将接收到的高频交流电信号转换为超声波并输出。本发明技术方案实现了无需人工清洗的条件下，快速彻底的对油试验用品(如油测试电极、取油瓶、针筒等)进行清洗，缩短了清洗时间并节约用水，既保证测量数据可靠性又大大提高了工作效益，以便于提高测量的准确性和可靠性。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明优选实施方式的一种超声波清洗装置结构示意图；
图2为根据本发明优选实施方式的模拟电路采用振荡一放大型超声波发生器结构框示意图；
图3为根据本发明优选实施方式的他激电路集成锁相环电路示意图；
图4为根据本发明优选实施方式的自激电路示意图；以及
图5为根据本发明优选实施方式的功率放大器电路示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明优选实施方式的一种超声波清洗装置结构示意图。为了便于更快速有效的清洗试验电极及其他相关绝缘油试验中的零部件或设备，以利于提高测量准确率和可靠性，本发明提供了一种超声波清洗装置。如图1所示，本发明提供一种超声波清洗装置，装置包括：清洗槽、超声波清洗模块和加热模块；超声波清洗模块包括超声波发生器和超声波换能器，设置于清洗槽中；加热模块用于对清洗槽内的液体进行加热；
通过超声波发生器将工频交流电信号转换为高频交流电信号，并将高频交流电信号输入至超声波换能器；
通过超声波换能器将接收到的高频交流电信号转换为超声波并输出。
优选地，超声波发生器包括高频振荡器、功率放大器、逆变器和电源；
高频振荡器与功率放大器相连接，用于将工频交流电信号转换为高频振荡信号；
功率放大器与逆变器相连接，用于对高频振荡信号进行功率放大，并将经过功率放大的高频振荡信号转换为高频交流电信号；
电源分别连接于高频振荡器和功率放大器，用于对高频振荡器和功率放大器进行供电。
本发明提供的一种超声波清洗装置，包括：清洗槽、超声波清洗模块和加热模块；其中，超声波清洗器置于清洗槽中，加热模块置于清洗槽外侧底部，用于对清洗槽中的水进行加热；超声波清洗模块包括超声波发生器和超声波换能器，超声波发生器用于将市电转换为与超声波换能器匹配的高频交流电信号，超声波换能器用于将高频交流电信号转换为超声波并输出。
本发明的超声波发生器包括高频振荡器、功率放大器、逆变器和电源；高频振荡器与功率放大器相连，用于将输入的市电转换为高频振荡信号；功率放大器与逆变器相连，用于对高频振荡信号进行功率放大；逆变器与功率放大器相连，用于将放大后的高频振荡信号转换为高频交流电信号；电源分别与高频振荡器和功率放大器相连，用于向高频振荡器和功率放大器供电。
优选地，高频振荡器包括他激电路和自激电路；
他激电路用于提供他激信号使高频振荡器获取高频振荡信号；
自激电路用于提供自激信号使高频振荡器获取高频振荡信号。
本发明的高频振荡器包括他激电路和自激电路，他激电路用于提供他激信号使高频振荡器获得高频振荡信号；自激电路用于提供自激信号使高频振荡器获得高频振荡信号。
优选地，他激电路包括集成锁相环电路，集成锁相环电路的第三、第五和第十四引脚接地；第六和第七引脚连接分别振荡电容的第一端和第二端；第九引脚连接第一压控振荡器；第十一引脚依次连接第一振荡电阻和第二压控振荡器；第十二引脚依次连接第二振荡电阻和第三压控振荡器；第四引脚为信号输出端，用于输出他激信号。
本发明的他激电路包括集成锁相环电路，集成锁相环电路的第三、第五和第十四引脚接地；第六和第七引脚连接分别振荡电容的两端；第九引脚连接第一压控振荡器；第十一引脚依次连接第一振荡电阻和第二压控振荡器；第十二引脚依次连接第二振荡电阻和第三压控振荡器；第四引脚为信号输出端，用于输出他激信号。
优选地，自激电路包括电流互感器、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5和比较器；
其中，电流互感器与电容C1并联；电阻R1的两端分别与电容C1和电容C2的第一端相连，构成π型滤波电路；二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4构成限位电路；电容C3的第一端连接电容C2的第一端，电容C3的第二端接地；二极管D5的阴极连接电容C2的第二端，二极管D5的阳极接地；电阻R2的第一端连接二极管D4的阳极，电阻 R2的第二端接地；二极管D3的阴极连接至比较器的同相输入端，二极管 D4的阳极连接至比较器的反相输入端；比较器的输出端连接电阻R3。
本发明的自激电路包括电流互感器、电容C1-C3、电阻R1-R3、二极管D1-D5和比较器；其中，电流互感器与电容C1并联；电阻R1的两端分别与电容C1和电容C2的一端相连，构成π型滤波电路；二极管D1、 D2、D3、D4构成限位电路；电容C3的一端连接电容C2的另一端，电容 C3的另一端接地；二极管D5的一端连接电容的另一端，二极管D5的另一端接地；电阻R2的一端连接二极管的阳极，电阻R2的另一端接地；二极管D3的阴极连接至比较器的同相输入端，二极管D4的阳极连接至比较器的反相输入端；比较器的输出端连接电阻R3。
优选地，通过调节电阻R1和电阻R2的阻值调整高频振荡器的振荡频率，将生成的振荡方波信号从集成锁相环电路的第四引脚输出振荡频率。
优选地，振荡频率范围为20kHz至35kHz。
优选地，逆变器的输出电流通过电流互感器进行采样，将采集的电流信号通过电阻R1转换成电压信号，并将电压信号发送至比较器的输入端；当比较器的输入端和反相输入端的电压差大于阈值时，通过逆变器输出方波信号。
优选地，当逆变器没有输出功率时，高频振荡器通过他激电路提供他激信号，使高频振荡器获取高频振荡信号；
当逆变器有输出功率时，通过检测电路将逆变器的输出信号反馈至高频振荡器，使得高频振荡器切换至自激状态，高频振荡器通过自激电路提供自激信号，使高频振荡器获取高频振荡信号。
优选地，超声波清洗模块包括超声波发生器和超声波换能器；超声波发生器包括高频振荡器、功率放大器和逆变器；高频振荡器与功率放大器相连接，用于将工频交流电信号转换为高频振荡信号；功率放大器与逆变器相连接，用于对高频振荡信号进行功率放大，并将经过功率放大的高频振荡信号转换为高频交流电信号；通过超声波换能器将接收到的高频交流电信号转换为超声波并输出。
本发明实施方式能快速、彻底的自动清除绝缘油试验电极及采样瓶表面的油污，免去了人工清洗。避免对绝缘油试验电极及采样瓶表面无损伤，本发明可配合多种清洗剂进行清洗，避免对操作人员的手误任何伤害。本发明的清洗槽、超声波清洗模块和加热模块采用分体设计，便于移动。
本发明的实施方式实现了无需人工清洗的条件下，快速彻底的对油试验用品(如油测试电极、取油瓶、针筒等)进行清洗，缩短了清洗时间并节约用水，既保证测量数据可靠性又大大提高了工作效益。
如图1所示，本发明提供一种超声波清洗装置，包括：清洗槽、超声波清洗模块和加热模块；其中，超声波清洗器置于清洗槽中，加热模块置于清洗槽外侧底部，用于对清洗槽中的水进行加热；超声波清洗模块包括超声波发生器和超声波换能器，超声波发生器用于将市电转换为与超声波换能器匹配的高频交流电信号；超声波换能器用于将高频交流电信号转换为超声波并输出。
本发明的实施方式，如图2所示，超声波发生器包括高频振荡器、功率放大器、逆变器和电源；高频振荡器与功率放大器相连，用于将输入的市电转换为高频振荡信号；功率放大器与逆变器相连，用于对高频振荡信号进行功率放大；逆变器与功率放大器相连，用于将放大后的高频振荡信号转换为高频交流电信号；电源分别与高频振荡器和功率放大器相连，用于向高频振荡器和功率放大器供电。
本发明的高频振荡器包括他激电路和自激电路，他激电路用于提供他激信号使高频振荡器获得高频振荡信号；自激电路用于提供自激电路使高频振荡器获得高频振荡信号。
本发明在日常清洗工作中，由于超声换能器会随外界条件的改变，其输出的超声波信号也会发生变化，因此，为确保整个超声波发生器能正常工作，并达到预期的工作效率，本发明创造性的对高频振荡器进行了设计，使得高频振荡器具有自适应功能。设备刚启动时，由于逆变器没有输出功率，以高频振荡器通过他激电路提供的他激信号获得高频振荡信号；当逆变器开始工作后，检测电路将逆变器输出的信号反馈到高频振荡器，从而使得高频振荡器切换到自激状态，此时，自激电路提供自激信号使得高频振荡器获得高频振荡信号。
本发明实施方式，如图3所示，他激电路包括集成锁相环电路，集成锁相环电路的第三、第五和第十四引脚接地；第六和第七引脚连接分别振荡电容的两端；第九引脚连接第一压控振荡器；第十一引脚依次连接第一振荡电阻和第二压控振荡器；第十二引脚依次连接第二振荡电阻和第三压控振荡器；第四引脚为信号输出端，用于输出他激信号。
本发明实施方式通过调节第九引脚的输入电压，他激电路就能够起到基本的方波振荡器的作用。振荡电容C1接在第六引脚与第七引脚之间，通过调节第一振荡电阻R1和第二振荡电阻R2的阻值即可调整振荡器的振荡频率，振荡方波信号从第四引脚输出振荡频率，其频率在20kHz(fmin)、 35kHz(fmax)范围内可调。
如图4所示，本发明实施方式的自激电路包括电流互感器、电容 C1-C3、电阻R1-R3、二极管D1-D5和比较器；其中，电流互感器与电容 C1并联；电阻R1的两端分别与电容C1和电容C2的一端相连，构成π型滤波电路；二极管D1、D2、D3、D4构成限位电路；电容C3的一端连接电容C2的另一端，电容C3的另一端接地；二极管D5的一端连接电容的另一端，二极管D5的另一端接地；电阻R2的一端连接二极管的阳极，电阻R2的另一端接地；二极管D3的阴极连接至比较器的同相输入端，二极管D4的阳极连接至比较器的反相输入端；比较器的输出端连接电阻R3。
本发明中逆变器的输出电流通过穿心式电流互感器进行采样，反馈的电流信号由电阻R1转换成电压信号，并输送到比较器的输入端，当比较器的两个输入端的电压差大于1.4V时，其输出反应电流相位信息的方波信号，此信号即为‘自激信号’。
图5为功率放大器电路结构示意图，如图5所示，该电路为一个半桥功率放大电路，其中，两个数值相等、且容量较大的高压电容器C1和C2 组成一个分压电路。当桥臂上、下两个功率VMOS管Q1和Q2都关断截止时，由于两容量相同的电容器Cl与C2的分压作用，使得两电容器Cl、 C2中点的电压值等于工作输入直流电压VDC的一半。为了提高VMOS 管Q1和Q2关断时的拉电流，在VMOS管栅极的限流电阻上各反向并联了一个二极管D9和D10。利用二极管的正向导通电阻非常小，从而提高拉电流；在低压驱动电路中，增加耦合变压器Tl，采用同名端的设置，让该变压器输出具有负脉冲的信号，从而大大增加了拉电流的能力，使得VMOS管能够迅速关断。D2、D1、D6、D5分别组成浪涌保护系统，实现电路的可靠保护。
在日常清洗工作中，由于超声换能器会随外界条件的改变，其输出的超声波信号也会发生变化，因此，为确保整个超声波发生器能正常工作，并达到预期的工作效率，本发明创造性的对高频振荡器进行了设计，使得高频振荡器具有自适应功能。设备刚启动时，由于逆变器没有输出功率，以高频振荡器通过他激电路提供的他激信号获得高频振荡信号；当逆变器开始工作后，检测电路将逆变器输出的信号反馈到高频振荡器，从而使得高频振荡器切换到自激状态，此时，自激电路提供自激信号使得高频振荡器获得高频振荡信号。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (10)

1.一种超声波清洗装置，所述装置包括：清洗槽、超声波清洗模块和加热模块；所述超声波清洗模块包括超声波发生器和超声波换能器，设置于所述清洗槽中；所述加热模块用于对清洗槽内的液体进行加热；
通过所述超声波发生器将工频交流电信号转换为高频交流电信号，并将所述高频交流电信号输入至所述超声波换能器；
通过所述超声波换能器将接收到的所述高频交流电信号转换为超声波并输出。
2.根据权利要求1所述的装置，所述超声波发生器包括高频振荡器、功率放大器、逆变器和电源；
所述高频振荡器与所述功率放大器相连接，用于将工频交流电信号转换为高频振荡信号；
所述功率放大器与所述逆变器相连接，用于对所述高频振荡信号进行功率放大，并将经过功率放大的所述高频振荡信号转换为高频交流电信号；
所述电源分别连接于所述高频振荡器和所述功率放大器，用于对所述高频振荡器和所述功率放大器进行供电。
3.根据权利要求2所述的装置，所述高频振荡器包括他激电路和自激电路；
所述他激电路用于提供他激信号使所述高频振荡器获取高频振荡信号；
所述自激电路用于提供自激信号使所述高频振荡器获取高频振荡信号。
4.根据权利要求3所述的装置，所述他激电路包括集成锁相环电路，所述集成锁相环电路的第三、第五和第十四引脚接地；第六和第七引脚连接分别振荡电容的第一端和第二端；第九引脚连接第一压控振荡器；第十一引脚依次连接第一振荡电阻和第二压控振荡器；第十二引脚依次连接第二振荡电阻和第三压控振荡器；第四引脚为信号输出端，用于输出他激信号。
5.根据权利要求3所述的装置，所述自激电路包括电流互感器、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5和比较器；
其中，所述电流互感器与电容C1并联；电阻R1的两端分别与电容C1和电容C2的第一端相连，构成π型滤波电路；二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4构成限位电路；电容C3的第一端连接电容C2的第一端，电容C3的第二端接地；二极管D5的阴极连接电容C2的第二端，二极管D5的阳极接地；电阻R2的第一端连接二极管D4的阳极，电阻R2的第二端接地；二极管D3的阴极连接至所述比较器的同相输入端，二极管D4的阳极连接至所述比较器的反相输入端；比较器的输出端连接电阻R3。
6.根据权利要求5所述的装置，通过调节电阻R1和电阻R2的阻值调整所述高频振荡器的振荡频率，将生成的振荡方波信号从所述集成锁相环电路的第四引脚输出振荡频率。
7.根据权利要求5所述的装置，所述振荡频率范围为20kHz至35kHz。
8.根据权利要求5所述的装置，所述逆变器的输出电流通过所述电流互感器进行采样，将采集的电流信号通过电阻R1转换成电压信号，并将所述电压信号发送至所述比较器的输入端；当所述比较器的输入端和反相输入端的电压差大于阈值时，通过所述逆变器输出方波信号。
9.根据权利要求3所述的装置，当所述逆变器没有输出功率时，所述高频振荡器通过他激电路提供他激信号，使所述高频振荡器获取高频振荡信号；
当所述逆变器有输出功率时，通过检测电路将所述逆变器的输出信号反馈至所述高频振荡器，使得所述高频振荡器切换至自激状态，所述高频振荡器通过自激电路提供自激信号，使所述高频振荡器获取高频振荡信号。
10.一种超声波清洗模块，所述超声波清洗模块包括超声波发生器和超声波换能器；所述超声波发生器包括高频振荡器、功率放大器和逆变器；
所述高频振荡器与所述功率放大器相连接，用于将工频交流电信号转换为高频振荡信号；
所述功率放大器与所述逆变器相连接，用于对所述高频振荡信号进行功率放大，并将经过功率放大的所述高频振荡信号转换为高频交流电信号；
通过所述超声波换能器将接收到的所述高频交流电信号转换为超声波并输出。
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