1. 超声波机的原理
从客观上讲,超声和可听声,除频率范围不同外,并没有差异.但超声由于频率高,便具有一些特点,尤其重要的是,这些特点可加以利用,这正是人们所以研究超声规律的原因.
超声的特点之一很简单,就是听不见.前面提到,声音来源于部件的振动.振动除产生声波外,还可以产生其它作用,其中一些作用将在下面介绍.如果我们激发振动的目的是这些其它作用,那么通常我们不想同时产生听得见的声音,因为这些声音这时是噪声.在这种情况下,可以激发20000Hz以上的振动,既能完成一些其它功能,又不伴生干扰.
超声的第二个特点是波长小.任何一种波动(声波、电磁波、等离子波等等)都有一些共同的基本参数,其中之一是传播速度,另一个就是波长.声波是机械波,或说是力学波.媒质中有声波传播时,原来是静止的媒质质点会以原占位置为中心作很微小(例如也许只几十纳米)的振动,每个质点在振动若干次后将恢复静止.但这种振动的状态,由于媒质的弹性,会传给紧邻的质点,依次向下传递,可能传得很远,在海洋中甚至可传到1000km以外.这种传递的速度就是声波的传播速度.
确定.对于单一频率的正弦或余弦波,波长是波峰与波峰之间或波谷与波谷之间的空间距离.
超声频率高,因此波长小.这有两点重要后果.一点是不必用尺寸很大的声源,即振动源,就可以产生指向性比较尖锐的声波.定性地说,指向性描述声源所发射声束的狭窄程度,狭窄的象手电筒所发射的光,宽广的或说弥散的可象电灯泡所发射的光.在许多声波应用中,我们需要前者而不需要后者.可以证明,如果要产生前者,声源的尺寸应当比声波的波长大几倍.1MHz的声波在水中的波长约为1.4mm,而1000Hz的声波在水中的波长约为1.4m,制作和搬运一个直径几毫米的声源显然比制作和搬运一个直径几米的声源省事得多.
由于同样的原理,不仅容易实现狭窄的声束,还容易实现声束聚焦,象人们通常聚焦光那样.在焦点或焦区,声强可以很高,从而产生一些强烈的作用.
超声波长小的第二点重要后果是,超声可以被微小的障碍物散射开来.平面声波在传播过程中遇到有限大小的障碍物时会被障碍物所散射,就是说,入射波不再沿原方向传播,而是向四周散开,包括散到与入射方向相反的方向.所谓障碍物是指材料的声学参量ρc不同于基质ρ0c的物体,ρ是密度(因此基质内的空穴也是障碍物.).沿各个方向散开的声波幅度分布,或说散射图案,因障碍物的尺寸与波长之比而异.可以想见,当ρc差别不大时,如果声波波长远大于障碍物的尺寸,声波几乎会忽略障碍物的存在,反之则声波几乎象碰上一个界面,而被反射和折射.如果声波波长接近于障碍物的尺寸,声波的散开程度会较大.在某些声波应用中我们倒希望声波被散开,从而可以通过测量散射图案,判断不透明媒质中有没有障碍物以及是怎样的形状、大小、内含物的障碍物.假若障碍物很大,我们可以采用频率低、波长长的声波,若障碍物很小,我们就需用频率高、波长短的超声.
超声的第三个特点是与物质有相互作用.声波的某些物理的、化学的、生物的效应,或笼统地说,声波与物质的相互作用,只有在高频率范围才会发生.例如有多种类的所谓“弛豫效应”,分别只在不同的高频率范围才能出现.又例如,超声在液体中有一个很突出的物理效应,叫“空化效应”.超声会在液体中产生空穴或气泡,这些气泡处于非稳定状态,在适当条件下会迅速崩溃,从而在气泡内产生几千度的高温,在气泡周围产生近千大气压的激波.高温和强激波的出现则可以导致声致发光、水中声致自由基、机械作用(如粉碎、乳化等等)、化学反应活性加强、高分子解聚等效应.
超声的一个特点是容易形成细声束,以及可以被相当小的障碍物所散射,其中包括背(逆)向散射.将这束细声束向正前方射出,同时使它上下左右摆动,便可以搜索前方有没有障碍物.用电子学的手段,容易测量反射波或背散射波回转的时间,在已知声速的情况下,可以确定前方障碍物的位置.当障碍物足够大时,从回波随声束移动的分布,可以显示出障碍物的形状;对比较小的障碍物,人们正在寻求判断障碍物的大小、形状、内含物等特征的方法.对于不均匀的透明材料,我们常用光学的办法检测;对于不透明材料,用普通的光学方法是做不到的.而包括超声的声波则能够透入任何媒质,不论这媒质是气体、液体、还是固体,也不论透不透光,对不同媒质的差别只是透入深浅不同.利用超声来检查或显示媒质中是否存在障碍物,以及障碍物有哪些特征,叫做超声检测
2. 超声波加热器原理
共振、热力学原理。
加热原理有共振和热力学。共振。即超声波也被加热物质中的分子的共振,根据分子动理论,物质是由大量的分子组成的,而分子是处于永不停息的运动之中,当然这个运动是振动形式的了。热力学原理。温度的本质就是恒量物质内的超声波加热的基本原理有二:首先超声波是频率高于20000Hz的声波叫超声波。
当超声波作用于热塑性的塑料接触面时,会产生每秒几万次的高频振动,这种达到一定振幅的高频振动,通过上焊件把超声能量传送到焊区,由于焊区即两个焊接的交界面处声阻大,因此会产生局部高温。
3. 超声波振动原理是什么
一般人听到的声音频率是20~20000Hz的声波信号,高于20000Hz的声波为超音波,声波的传递依照正弦曲线纵向传播,即一层强一层弱,依次传递,当弱的声波信号作用于液体时,会对液体产生一定的负压,使液体内形成许许多多微小的气泡;而当强的声波信号作用于液体时,则会对液体产生一定的正压,因而,液体中形成的微小气泡被压碎。经研究证明:超音波作用于液体时,液体中每个气泡的破裂会产生能力极大的冲击波,相当于瞬间高达上1000个的大气压,这种现象被称为“空化效应”。超音波清洗正是应用液体中气泡破裂所产生的冲击波来达到清洗和冲刷工件内外表面的作用。
当超音波发生器将50Hz的日常供电频率改变为28KHz(或者更高)后,通过输送电缆线将其输送给粘结在盛放清洗液的清洗槽底部(或侧面)的超音波换能器,由换能器将高频的电能转换成机械振动并发射至清洗液中,当高频的机械振动传播到液体里后,液体内即产生上述的“空化效应”,对物体所有表面的附着物产生物理性剥脱力,达到清洗的目的。
由于超音波频率很高,在液体中产生的空化作用可以达到28000次/秒,几乎可以说是在不断的进行,在液体中所产生的空化作用所产生的气泡数量众多且无所不在,因此对于工件清洗可以非常彻底,即使是形状复杂的工件内部,只要能够接触到溶液,就可以得到彻底的清洗,又因为每个气泡的体积非常的微小,因此虽然它们破裂的能量很高,但对于工件和液体来说,不会产生机械性破坏和质地上的改变。
由于超音波的频率高决定了效应很高,一般被清洗工件的清洗时间为数十秒至几分钟,既可达到理想的效果。超音波清洗是在传统清洗原理的基础上,采用清洗的高新技术手段,去除物件表面的附着物。对于那些不规则表面、多孔、狭缝、细孔、盲孔、多沟槽的物件,要求表面高质洁净时,采用超音波清洗特别有效。
4. 超声波清洗机的原理和使用方法
超声波清洗机的原理
超声波清洗机的工作机理是利用空化作用将清洗效果提高几倍甚至十几倍。
将液体放入清洗机中,施加后,清洗液中的超声波是一种相位密集、辐射传播的高频波,使液体在振动的负压区高速往复运动,由于周围液体无法补充而形成无数微小的真空气泡,而在正压区,微小气泡在压力下突然闭合。
在关闭过程中,由于液体之间的碰撞,产生强大的冲击波,形成瞬间高达几千个大气压的高压。作用在待清洗工件上,吸附在工件上的油污和杂质,在持续的瞬间高压下,迅速与工件分离,从而达到清洗的目的。
超声波清洗机的使用
一般超声波清洗机的电源线是和清洗槽分开的。首先,超声波电源要与清洗槽对接。带出水口的超声波清洗机可与出水口连接,或出水口应朝向出水口。
直接取出清洗篮,用清水冲洗干净的零件,然后放入风扇或风干机中风干。有的厂家直接采用双罐,一罐超声波清洗,另一罐水洗或喷淋清洗,省去了搬来搬去的麻烦。
5. 超声波详细的工作原理
超声波工作原理:超声波清洗原理是由超声波发生器发出的高频振荡信号,通过换能器转换成高频机械振荡而传播到介质,清洗溶剂中超声波在清洗液中疏密相间的向前辐射,使液体流动而产生数以万计的微小气泡,存在于液体中的微小气泡在声场的作用下振动,当声压达到一定值时,气泡迅速增大,然后突然闭合,在气泡闭合时产生冲击波,在其周围产生上千个大气压,破坏不溶性污物而使他们分散于清洗液中,当团体粒子被油污裹着而黏附在
清洗件表面是,油被乳化,固体粒子及脱离,从而达到清洗件净化的目的,且通过其空化作用达到洗盲脚的作用。超声波的危害:超声波在生物体内传播时,通过组织间的相互作用,导致生物体机能和结构变化,称为超声波的生物效应,产生生物效应的机制是热效应和空化效应。
所谓的热效应是指超声波传播过程中,部分能量被生物组织吸收转变为热能,使组织温度增高;空化效应是指超声波传播过程中与组织中的气核或微气泡相互作用,使其突然爆破,产生巨大的瞬间压力,使组织内部结构改变。
低剂量超声是潜在的致癌与致畸形因素,而且不同频率、不同声强对不同个体有一定危害。因为超声波对固体和液体都有很强的穿透本领,能量较大时可以使物质微粒作高频振动,部分能量还可以转变为热能,使局部温度升高。高强度的脉冲超声波在含有微米级小气泡的液体中传播时,可导致气泡收缩、膨胀以至猛烈爆炸,这种现象称为“空化现象”。不久前美国著名超生物物理专家卡斯坦森指出,某些临床使用的超声图像诊断仪的最大输出强度已达1千瓦/平方厘米,这个强度足以使生物体产生瞬态空化现象。对生物体来说,瞬态空化作用时,靠近爆炸气泡附近的细胞会受到损伤,一般说来,在人体内大多数器官和生物流体中,损伤少量细胞不会对人体产生危害。超声波对人体危害的原理:超声波对人体危害的原理是,超声波在生物体内传播时,通过组织间的相互作用,导致生物体机能和结构变化,称为超声波的生物效应,产生生物效应的机制是热效应和空化效应。
所谓的热效应是指超声波传播过程中,部分能量被生物组织吸收转变为热能,使组织温度增高;空化效应是指超声波传播过程中与组织中的气核或微气泡相互作用,使其突然爆破,产生巨大的瞬间压力,使组织内部结构改变。
6. 超声波机的原理是什么
超声波清洗是基于超声波在清洗液体介质中传递时特有的“空化效应”物理内作用,“空化效容应”形成微观强烈冲击波和高速射流作用于被清洗物件表面,从而使污物迅速粉碎、剥离,达到高质量、高效率清洗目的。
超声波能力集中,其方向性好、穿透能力强,以水为媒介时,水分子的压力达到一定程度,会迅速形成膨胀的闭合分子并且炸裂,直接对肉眼看不见的污垢进行反复冲击。超声波每秒数万次地负压膨大和正压强烈压缩爆破无数“空穴”,高频率产生无数微观冲击波,使得超声波对于侵入清洗液中被洗物件复杂内外表面形状、狭缝、深孔、拐角、死角等部位独具卓越的洗净能力和清洗效率是其他方法无法比拟和替代的。
7. 超声波的工作原理是什么
频率高于人的听觉上限(约为20000赫)的声波,称为超声波,或称为超声。
超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律,与可听声波的规律并没有本质上的区别。但是超声波的波长很短,只有几厘米,甚至千分之几毫米。与可听声波比较,超声波具有许多奇异特性:传播特性——超声波的波长很短,通常的障碍物的尺寸要比超声波的波长大好多倍,因此超声波的衍射本领很差,它在均匀介质中能够定向直线传播,超声波的波长越短,这一特性就越显著。功率特性——当声音在空气中传播时,推动空气中的微粒往复振动而对微粒做功。声波功率就是表示声波做功快慢的物理量。在相同强度下,声波的频率越高,它所具有的功率就越大。由于超声波频率很高,所以超声波与一般声波相比,它的功率是非常大的。空化作用——当超声波在液体中传播时,由于液体微粒的剧烈振动,会在液体内部产生小空洞。这些小空洞迅速胀大和闭合,会使液体微粒之间发生猛烈的撞击作用,从而产生几千到上万个大气压的压强。微粒间这种剧烈的相互作用,会使液体的温度骤然升高,起到了很好的搅拌作用,从而使两种不相溶的液体(如水和油)发生乳化,并且加速溶质的溶解,加速化学反应。这种由超声波作用在液体中所引起的各种效应称为超声波的空化作用。
我们知道正确的波的物理定义是:振动在物体中的传递形成波。这样波的形成必须有两个条件:一是振动源,二是传播介质。波的分类一般有如下几种:一是根据振动方向和传播方向来分类。当振动方向与传播方向垂直时,称为横波。当振动方向与传播方向一致时,称为纵波。二是根据频率分类,我们知道人耳敏感的听觉范围是20HZ-20000HZ,所以在这个范围之内的波叫做声波。低于这个范围的波叫做次声波,超过这个范围的波叫超声波。
波在物体里传播,主要有以下的参数:一是速度V,二是频率F,三是波长λ。三者之间的关系如下:V=F.λ。波在同一种物质中传播的速度是一定的,所以频率不同,波长也就不同。另外,还需要考虑的一点就是波在物体里传播始终都存在着衰减,传播的距离越远,能量衰减也就越厉害,这在超声波加工中也属于考虑范围。
超声波在塑料加工中的应用原理:
塑料加工中所用的超声波,现有的几种工作频率有15KHZ,18KHZ,20KHZ,40KHZ。其原理是利用纵波的波峰位传递振幅到塑料件的缝隙,在加压的情况下,使两个塑料件或其它件与塑料件接触部位的分子相互撞击产生融化,使接触位塑料熔合,达到加工目的。