超聲波清洗器設計報告

1、<p>　　超聲波清洗器畢業(yè)設計</p><p><b>　　（論文題目）</b></p><p>　　專 業(yè) 電子信息工程_ _ </p><p>　　年級班別_電子152____ _ ______</p><p>　　學 號 15060130231 &

2、lt;/p><p>　　姓 名_鄭佳偉___ ___ _______</p><p>　　指導教師_楊全會_____ ____________</p><p>　　2016年 12 月 28 日</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　超聲波清洗始于20世紀50年代初

3、，隨著技術的進步應用日益擴大。目前已廣泛 地用于電子電器工業(yè)、清洗半導體器件、電子管零件、印刷電路、繼電器、開關和濾波器等；機械工業(yè)中用于清洗齒輪、軸承、油泵油嘴偶件、燃油過濾器、閥門及其他機械零件，大如發(fā)動機及導彈部件，小如手表零件；再如光學和醫(yī)療器械方面用于清洗各種透鏡、眼鏡及框、醫(yī)用玻璃器皿、針管和手術器具等；此次設計的超聲波清洗機主要應用于家庭中廚具和一些難洗的生活用具。該產(chǎn)品是一種機電產(chǎn)品，通過壓電陶瓷材料做成的超聲波換能器將

4、超聲頻電振蕩轉(zhuǎn)變成機械振動，在液體中產(chǎn)生超聲波振動進行清洗。利用超聲波可以穿透固體物質(zhì)而使整個清洗介質(zhì)振動并產(chǎn)生空化氣泡，該清洗方式對任何生活用具不存在清洗不到的死角，且清洗潔凈度非常高。這種新一代時尚家電，能夠使人們從繁瑣的家務勞動中解脫出來。</p><p>　　關鍵詞 超聲波、清洗器、高頻、振蕩器</p><p>　　一、超聲波清洗機的原理與特點聲波清洗器包括主要的三個結(jié)構：超

5、聲波發(fā)生器、換能器和清洗槽。超聲波清洗機的原理為超聲波發(fā)生器發(fā)出的高頻振蕩信號，而換能器將超聲頻電能轉(zhuǎn)換成機械高頻振動并通過清洗槽壁向盛在槽中的清洗液來輻射超聲波。超聲波在清洗液中連續(xù)的，疏密相間的向前輻射，從而使液體流動而產(chǎn)生直徑為50-500?m的數(shù)以萬計的微小氣泡，存在于液體中的微氣泡，此微氣泡就被稱為空化核，在聲波的作用下振動，在超聲波縱向傳播的負壓區(qū)這些氣泡得以形成、生長，而在正壓區(qū)，當聲強或聲壓達到一定值時，氣泡就會迅速增長

6、，然后瞬間閉合。在氣泡閉合時，就會產(chǎn)生沖擊波，并且在氣泡周圍產(chǎn)生上千個大氣壓的壓力以及局部高溫，這種現(xiàn)象被稱為超聲空化。在超聲清洗的過程中是通過破壞不溶性污物，并且使他們分散并擴散在清洗液中，當團體粒子被油污裹著而黏附在清洗件表面時，固體粒子及脫離，油被乳化，從而達到清洗件凈化的目的。這個過程被稱之為“空化”效應的過程。即空化作用就是超聲波以每秒兩萬次以上的減壓力和壓縮力交互性的高頻變換方式向液體進行透射。在減壓力作用時，在液體中真空核

7、群泡的現(xiàn)象的產(chǎn)生，而在壓縮力作用時，真空核群泡受壓力壓碎</p><p><b>　　二、設計方案</b></p><p><b>　　（1）實驗準備</b></p><p>　　本次超聲波清洗器為一款簡單可靠的小型家用的，成本較低。此次超聲波清洗器，通過電子市場采購元器件、萬能板、變壓器、導線、換能器等。</p&g

8、t;<p><b>　　實驗設計</b></p><p>　　簡易超聲波清洗器電路由超聲波發(fā)生電路和放大電路組成，用以驅(qū)動超聲波換能器工作，從而對污漬進行接觸式振蕩清洗。振蕩電路采用555時基集成電路，這是大家再熟悉不過的了，在這里振蕩頻率采用可調(diào)整方式。555的3腳正常輸出為方波，用于超聲波換能時正弦波比較好，因此采用積分和濾波電路將方波轉(zhuǎn)換成正弦波，通過VT1前置放大和VT

9、2電壓放大，足以推動下一級功率放大。為了得到30-60khz的10W功率的超聲波源，電源電壓不能太高（出于安全），體積也不至于過大，后級功率放大采用了推挽放大電路。由于是高頻放大，其變壓器設計計算方法與低頻放大有較大區(qū)別，放大器工作頻率越高其輸出效率越高其輸出效率就越低，功率管和變壓器會發(fā)熱。好在超聲波頻率不算太高，在這里忽略了。</p><p>　　三、超聲波發(fā)生器設計</p><p>

10、　　（1）超聲波發(fā)生器的選擇.</p><p>　　超聲波發(fā)生器（即超聲電源），它是一種用以產(chǎn)生并向超聲換能器提供超聲頻電能的裝置。按照其工作原理，我們可以把超聲波發(fā)生器分為兩大類一類是模擬電路，另一類是數(shù)字電路。模擬電路超聲波發(fā)生器又可分為振蕩一放大型和逆變型兩種。本設計采用振蕩——放大型超聲波發(fā)生器，它是一個帶有振蕩電路的放大器，是由振蕩器、放大器、匹配電路和電源四部分組成。振蕩器產(chǎn)生一定頻率的信號，通過放大

11、器將其放大到一定的功率輸出，以致達到最佳負載值，最后通過輸出變壓器進行阻抗匹配，并通過功放輸出。下圖即是振蕩-放大型超聲波發(fā)生器結(jié)構框圖 </p><p><b>　　超聲波放大器的選擇</b></p><p>　　超聲波放大器的選擇超聲波放大器的作用是將振蕩信號放大以至所需的電平。放大部分可以是單級的，也可以是多級的，主要看輸出功率的需要。早期的超聲波發(fā)生器使用的是

12、電子管做作為放大器件，現(xiàn)在則普遍采用晶體管（三極管、場效應管和絕緣柵雙極型晶體管（IBGT）器件）。近年來越來越多的廠家開始采用功率集成電路做超聲波發(fā)生器的放大器件。而現(xiàn)在工業(yè)上廣泛使用的超聲波發(fā)生器已基本上被晶體管電路所壟斷。晶體管發(fā)生器的優(yōu)點很突出，主要在于質(zhì)量輕、體積小、效率高。但是從另一方面講，由于受到最大集電極電流、方向擊穿電壓、最大集電極耗散功率參數(shù)的限制，通常一對晶體管的最大輸出功率只能達到百瓦級。所以要提高晶體管發(fā)生器的

13、輸出能力，最重要的措施是采用高效率的電路，其次是有賴于高性能器件的開發(fā)。傳統(tǒng)的甲類、乙類、丙類放大器是把有源器件作為電流源工作。在這些放大器中，晶體管工作區(qū)是在伏安特性曲線的有源區(qū)。 </p><p>　　（3）超聲波換能器的選擇</p><p>　　超聲波換能器是超聲振動系統(tǒng)的核心部件，超聲波清洗機設備是利用超聲換能器的作用即超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的超聲頻電能轉(zhuǎn)換成超聲振動的機械能，從而達到清

14、洗效果。用于超聲清洗的換能器有兩種類型．一是磁致伸縮換能器，另一種是壓電換能器，磁致伸縮換能器這種換能器的電聲效率比較低、制造工藝復雜、價格昂貴，因此目前很少采用。目前我國主要采用的換能器類型是壓電換能器，因為這種換能器原材料價格便宜、且電聲轉(zhuǎn)換效率高，并且便于制造成不同的結(jié)構，以適應不同的清洗要求。壓電換能器又有很多種比如喇叭形、圓柱形等。喇叭形換能器輻射的面積較廣。</p><p>　　所以經(jīng)過對比最后確定選

15、定32W換能器。</p><p>　　四、實驗原理圖設計與分析</p><p>　　T1、T2中變壓器采用高頻磁芯，220V轉(zhuǎn)18V。VT2用NPN型中小功率管，電路板中小功率電阻與小容量電容，按照其元器件規(guī)格要求焊接后進行調(diào)試。</p><p>　　電源部分很簡單.從變壓器交流1 8V經(jīng)整流模塊( 100V/ 2A)后，由電容——電感——電容濾波后直接接功放電路，

16、另一路經(jīng)150 歐姆電阻降壓后送給三端可調(diào)穩(wěn)圧集成電路。調(diào)節(jié)RP使輸出電壓在9V左右,供555振蕩電路及前級放大用。由于電流很小， LM31 7不需加：散熱片。</p><p>　　振蕩電路主要是頻率和波形，把頻率計和示波器探頭接入555時基電路的3腳，調(diào)節(jié) RP3, 觀察輸出波形及輸出頻率的変化。正常情況下應是10-60kHz變化的方波,再將探頭放在 VT1的集電集，正常情況應是交流正弦波，幅値在 P-P值1V

17、左右。 如幅度過小或波形失真可整VT1管的工作點及適當調(diào)整積分電路的阻容値, 使波形與幅值基本達到要求。</p><p>　　功放部分是關鍵部位, 從VT1集電極經(jīng)電容耦合的信號送至VT2的基極，放大后直接通過交壓器耦合到推挽管的基極。 為了防止推挽引起交越失真,首先調(diào)整R15,使功放初始電流在10mA左右。</p><p>　　超聲波振蕩器可分為RC正弦振蕩器、LC正弦振蕩器和壓控振蕩

18、器等等。由于555不僅價格便宜而且性能優(yōu)越，能達到預期的效果，可使清洗機清洗效能達標，并且成本不會太高，因此本次設計中就采用由開關穩(wěn)壓塊555構成的振蕩器。如圖所示為電路圖。 </p><p><b>　　實驗結(jié)論</b></p><p>　?。?）通過上面的設計，最后進行實物焊接與調(diào)試，焊接時，我們采用萬能板用焊錫搭線，最終完成實物制作。實物如下圖：</p&g

19、t;<p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　通過幾個星期的努力，在老師的悉心指導下，通過室友的共同努力，終于完成了超聲波清洗器的設計。畢業(yè)設計是本學習階段一次非常難得的理論與實際相結(jié)合的學習機會。通過這次對超聲波清洗機的制作，我感受到了小組學習的重要性。而且在制作中，提高了我的焊接水平，加深了我對電路設計的理解，還增長了許多課本上學不到的知識。我們小組分工明確，都

20、積極提出自己的想法，然后放在一起討論，這中間加深了我們的協(xié)作能力。這次的設計收獲很大。</p><p>　　該設計的硬件結(jié)構簡單，集成度高，工作可靠，測試穩(wěn)定。經(jīng)過測試，各部分運行正常，成功地達到了硬件設計要求。通過與硬件電路的結(jié)合，實現(xiàn)了運用超聲波清洗器件的功能?？傊?，完成了設計任務的全部要求。在這次的設計后我了解到，非接觸測量在當今的社會發(fā)展當中已經(jīng)變得十分重要，而超聲波作為非接觸測量的一種方法，已經(jīng)在很多領

21、域得到應用。本設計已經(jīng)成功完成，但仍然存在著很大的改進空間。 </p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在此完成了超聲波清洗器，謹向我們的指導老師楊全會致以最誠摯的謝意。這個報告是在楊老師的精心指導和嚴格要求下完成的。在我們做超聲波清洗器期間，在老師指導幫助下，使我們組不僅順利完成了本課預定的各項任務，而且在實驗操作能力上有了很大的飛躍。既讓我們