超聲波清洗發展回顧
二十世紀六十年代,自
超聲波技術問世以來,科學家們發現:一定頻率范圍內的
超聲波,作用于液體介質里,可以達到清洗的作用。經過一段時間的研究和試驗,不僅得到了滿意的效果,而且發現其清洗效率極高,由此
超聲波清洗機被逐漸運用于各行各業中去。在應用初期,由于電子工業的限制,
超聲波清洗設備電源的體積比較龐大,穩定性及使用壽命不太理想,價格昂貴,一般的工礦企業難以承受,但其出色的清洗效率及效果,仍然讓部分實力雄厚的國有企業一見傾心。隨著電子工業的飛速發展,新一代的電子元器件層出不窮,應用新的電子線路以及新的電子元器件,
超聲波電源的穩定性及使用壽命進一步的提高,體積減小,價格逐漸降低。二十世紀八十年代末,第三代
超聲波電源問世,既逆變電源,應用最新IGBT元件。新的
超聲波電源具有體積小,可靠性高,壽命長等特點,清洗效率得以進一步提高,而價格也降到了大部分企業可以接受的程度。
超聲波清洗原理
超聲波主要具有機械效應 (如傳聲媒質的質點振動位移、速度、加速度、聲壓等力學量)、熱效應(聲波在傳播過程中其部分能量被媒質吸收變成熱能)和空腔效應。其中空腔效應是聲化學的應用理論基礎,也最為重要??涨恍沙珊?、微泡生長、空腔塌陷三步組成。在反應體系中,液體內存在張力弱區,即液體內溶有氣體或在塵埃的液固界面上存在氣體 — 作為氣核,在
超聲波作用下,氣核膨脹長大,并為周圍的液體蒸氣或氣體充滿,由于內外壓力懸殊使空腔塌陷、破裂,把集中的聲場能量在極短的時間和極小的空間內釋放出來,使介質局部形成幾百到幾千K的高溫和超過數百個大氣壓的高壓環境,并產生出很大的沖擊力,起到激烈攪拌的作用,同時生成大量微泡。它們又作為新的氣核,使該循環繼續下去,這就是空腔效應。
當然并不是液體中所有的氣核都能產生空腔效應,只有當外加的
超聲波頻率與氣核的固有頻率相同時,空腔效應才能發生。同時也受到其它如聲波的強度、液體介質的溫度以及介質的蒸汽壓等的影響。誘導產生空腔效應的
超聲波頻率以20kHz~80kHz最為適當。過高的頻率不易產生空腔效應,即使產生也需要大量的能量,而且其中大部分能量被轉化為熱能,使介質溫度明顯提高。低強度
超聲波的應用不會引起介質的任何狀態變化,只有高強度
超聲波的應用才可能對介質有強烈的影響,引發空腔效應。對大多數化學反應來說,反應速度均隨聲強的增加而增加。但是,
超聲波強度的作用受介質溫度的影響極大。研究表明,隨著液體溫度的提高,聲強的影響明顯下降,在50℃水中發生的空腔效應最大。
當
超聲波電源將50Hz的日常供電頻率改變為28KHz后,通過輸出電纜線將其輸送給粘接在盛放清洗溶液的清洗槽底部的
超聲波發生器(換能器),由換能器將高頻的電能轉換成機械振動并發射至清洗液中,當高頻的機械振動傳播到液體里后,清洗液內即產生上述空化現象,達到清洗的目的。由于
超聲波的頻率很高,在液體中所產生的空化作用可以達到28000次/秒,幾乎可以說是不斷地在進行,在液體中由于空化現象所產生的氣泡數量眾多且無所不在,因此對于工件的清洗可以非常徹底,即使是形狀復雜的工件內部,只要能夠接觸到溶液,就可以得到徹底的清洗,又因為每個氣泡的體積非常微小,因此雖然它們的破裂能量很高,但對于工件和液體來說,不會產生機械破壞和明顯的溫升。