Tip ultrazvočnega pretvornika: primerjava magnetostruktivnega in piezoelektričnega pretvornika
Obstajata dve vrsti pretvornikov za ustvarjanje zvočnih valov, potrebnih za postopek: piezoelektrični in magnetostruktivni. Čeprav so njihove funkcije dovolj, da je mesto na trgu, vsaka vrsta ultrazvočnega pretvornika ima svoje značilnosti, zaradi česar je bolj primerna za posebne naloge. Da bi jih primerjali, je treba preučiti, kako delujejo in njihove značilnosti.
1. Delovno načelo
Piezoelektrična tehnologija uporablja kristal s posebnimi električnimi lastnostmi iz svinčega cirkonata titanata. V pretvornik, ta kristalni material ima dve žice pritrjena na nasprotne obraze. Potem sta kristal in nažiga se v ohišju med kovinskima ploščama. Ko tok teče skozi nažiganje in vstopi v kristal, kristal hitro spremeni obliko in se razširi. Ko se tok prekine, se kristal vrne v prvotno obliko. Ultrazvočni pretvornik, ki uporablja to tehnologijo, hitro kroži tok skozi kristal na določeni frekvenci in s tem ustvarja resonanco učinek.
Delovno načelo magnetostruktivnega ultrazvočnega pretvornika je, da se kovine, bogate z železom, širijo in se sklenijo, ko so predmet magnetnega polja. Da bi to vedenje izkoristili, so kovinska jedra, bogata z železom, zavita v bakrene žice. Komponenta je nato v rezervoarju. Ko tok gre skozi bakerno žico, se kovinsko jedro razširi in podaljša. Kot piezoelektrični pretvornik, tok na določeni frekvenci proizvaja resonanco učinek.
2. Fiksni način
Lepilo se uporablja za vezavo piezoelektričnega ultrazvočnega pretvornika na ohišje ultrazvočnega čistila. Ko je bila prvič uvedena piezoelektrična tehnologija, je to ustvarilo težave, ker bi lepilo oslabilo in sčasoma propadlo. Zaradi razvoja inženirske tehnologije, ki se lahko uporablja v letalski industriji, ta omejitev ne obstaja več. Kljub večkratni uporabi sodobna lepila še vedno ne omogočajo pritrditve pretvornika.
Ohišje magnetostruktivnega pretvornika je neposredno zavarovano na rezervoar ultrazvočnega čistila, ki zagotavlja trdno, komaj prelomljivo vez.
3. Ultrazvočna frekvenca pretvornika
Idealno stanje ultrazvočnega čiščenja je delovanje na frekvenci 40kHz-70kHz, vendar je postopek še vedno mogoče izvesti v širokem razponu 25kHz-170kHz.
Magnetostruktivni ultrazvočni pretvorniki lahko delujejo le na frekvencah do 30kHz, kar pomeni, da so njihove uporabne uporabe zelo omejene. V tem primeru je najboljša uporaba magnetostruktivnega pretvornika ultrazvočnega čistilnega sistema za velike stroje, ki imajo kontaminante, ki jih je težko odstraniti. Postopek prav tako ne sme zahtevati temeljitega čiščenja strojev. Primer te aplikacije je mogoče uporabiti na elektroplatni vrstici za obdelavo.
Po drugi strani pa lahko piezoelektrični ultrazvočni pretvornik deluje v celotnem območju od 25kHz do 170kHz, zaradi česar je njegova uporaba izjemno raznolika.
4. Poraba energije
Magnetostruktivni ultrazvočni pretvorniki morajo pretvoriti električno energijo v magnetno energijo, nato pa jo uporabiti za proizvodnjo mehanske energije. Celoten proces bo ustvaril veliko zasukane energije, ki se običajno zasuka v obliki toplotne energije.
Piezoelektrični ultrazvočni pretvornik lahko v enem koraku pretvori nizkonapetostni tok v mehansko energijo, zaradi česar je zelo učinkovit. Zato lahko piezoelektrični pretvornik opravlja več dela, hkrati pa porabi enako količino električne energije.
5. Inherentna raven hrupa ultrazvočnega pretvornika
Ko nastajajo harmonične frekvence, se podharmonične frekvence običajno proizvajajo kot naravni izdelki. Operativna frekvenca večine piezoelektričnih pretvornikov je 40kHz ali višja, kar pomeni, da je prva podharmonična ustvarjena 20kHz, ki presega razpon normalnega človeškega sluha.
Magnetostruktivni ultrazvočni pretvorniki običajno delujejo s frekvenco 30kHz ali nižjo, ki proizvajajo zvočne podharmonične frekvence. Te frekvence zvenijo enako kot hum visokonapetostnih električnih ali transformatorjev, ki se slišijo od blizu. Ko je več magnetostruktivnih pretvornikov nameščeno v istem ultrazvočnem čistilnem rezervoarju, raven hrupa zahteva uporabo zaščitnih slušnih aparatov.
6. Pričakovana življenjska doba ultrazvočnega pretvornika
Piezoelektrični pretvorniki najprej uporabljajo kristale s četvericami, sčasoma pa bodo kristali četverica sčasoma izgubili moč. Od takrat so inženirji ustvarili polprevodnične keramične materiale, ki jih je mogoče predhodno stariti s posebnim postopkom in s tem zmanjšati količino noše po montaži sestavnih delov.
V kombinaciji z novimi kristalnimi spojinami je njihova življenjska doba vse do magnetostruktivnih pretvornikov, magnetostruktivni pretvorniki pa so vedno uživali dolgo življenjsko dobo.
