超聲波清洗機的電路設計-課件

超聲波清洗機的電路設計

1PPT課件小組成員

組長：李成

秘書：周莎莉組員：薛超謝歡2PPT課件小組成員分工李成：項目策劃，查找資料周莎莉：制作項目報告薛超：制造PPT謝歡：搜索資料3PPT課件超聲波清洗機概況

超聲波清洗技術在20世紀50年代有了很大的發(fā)展，當時使用的超聲波工作頻率在20~40KHZ之間。該范圍內(nèi)的超聲波被應用在數(shù)千種不同的工作場合之下，其中許多是別的清洗手段不能很好發(fā)揮作用的場合。超聲波可以對工件施加非常巨大的能量，尤其適用于清除牢固地附著在基地上的污垢。然而在某些情況下，超聲波強大的能量也會損傷粘有污垢而性質(zhì)脆弱的基底材料。在過去的十幾年中，超聲波領域中出現(xiàn)了一些技術革新，提高了清除敏感基底上的污物的安全系數(shù)。目前這項技術已經(jīng)得到了很快的普及。4PPT課件

超聲波清洗的原理

超聲波的傳播要依靠彈性介質(zhì)。其傳播時，使彈性介質(zhì)中的粒子振蕩，并通過介質(zhì)按超聲波的傳播方向傳遞能量，這種波可分為縱向波和橫向波。在固體內(nèi)，兩者都可以傳送，而在氣體和液體內(nèi)，只有縱向波可以傳送。超聲波能夠引起質(zhì)點振動，質(zhì)點振動的加速度與超聲波能夠引起質(zhì)點振動，質(zhì)點振動的加速度與超聲波頻率的平方成正比。此外，超聲振動在清洗液中引起質(zhì)點很大的振動速度和加速度，亦使清洗件表面的污物受到頻繁而激烈的沖擊。由上述超聲清洗原理可知，凡是液體浸到空化產(chǎn)生的地方都有清洗作用不受清洗件表面復雜形狀的限制，如部件表面的空穴、凹槽、狹縫和深孔、微孔都能得到清洗，而這些部件用一般刷洗方法是不能清洗干凈的。5PPT課件超聲波清洗機發(fā)生裝置的設計

超聲波清洗的主要設備超聲波清洗設備主要由發(fā)生裝置、換能器和清洗槽三部分組成。發(fā)生裝置即電源，產(chǎn)生電磁振蕩信號并提供能量；換能器即振板，是超聲清理的關鍵部分，它把發(fā)生裝置產(chǎn)生的電磁振動轉(zhuǎn)換成換能器本身的超聲振動，并傳入清洗槽中產(chǎn)生空化作用，通常置于槽底部；清洗槽用來容納清洗液及待清洗的工件。6PPT課件超聲波清洗機發(fā)生裝置電路圖設計

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超聲波清洗機發(fā)生裝置電路圖的分析

由圖1可見，二極管D7，D8與二極管D9，D10是相互串聯(lián)在一起的，二極管的特點是單向?qū)ǎ@里之所以串聯(lián)在一起是因為防止內(nèi)壓過高從而導致二極管擊穿。而二極管D1和D3在電路中稱為續(xù)流二極管，兩個續(xù)流二極管并聯(lián)在線圈K1和K2的兩端，線圈在通過電流時，會在其兩端產(chǎn)生感應電動勢。當電流消失時，其感應電動勢會對電路中的原件產(chǎn)生反向電壓。當反向電壓高于原件的反向擊穿電壓時，會把元器件造成損壞。續(xù)流二極管并聯(lián)在線圈兩端，當流過線圈中的電流消失時，線圈產(chǎn)生的感應電動勢通過二極管和線圈構成的回路做功而消耗掉。叢而保護了電路中的其它原件的安全。電容C9與C6在電路中起到了阻直流通交流的作用。電流通過這兩個電容再流到變壓器進行變壓。光電耦合器IC1和IC2在電路中起到了阻斷信號源跟信號接收方的電氣連接的作用。電路圖下部分都是起到濾波的作用。型號KLB608稱為橋堆，其實就是橋式整流器的組合。電解電容C1,C2，C3和電容C4都起到了濾波的作用，不同的是C1,C2，C3是對低頻信號進行濾波而C4是對中頻信號進行濾波。技術資料-電子元件-電路圖-技術應用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號8PPT課件超聲波清洗機的特點

1.面板設有輸出強度條形裝置，也有獨特的頻率和輸出強度交替數(shù)字顯示裝置可選配；

2.設有強度可調(diào)的掃頻功能，以不斷改變清洗槽中的聲場分布，避免工件表面的線狀空化蝕刻紋路的產(chǎn)生，也使工件表面的污物迅速脫落，提高清洗效果；

3.設有功率調(diào)節(jié)功能，采用先進的功率調(diào)節(jié)線路，實現(xiàn)超聲功率無級平滑調(diào)節(jié)，克服了通過調(diào)節(jié)頻率來間接的調(diào)節(jié)功率這種傳統(tǒng)方法所帶來的諸多弊??；

4.具有防共震功能，克服了傳統(tǒng)發(fā)生裝置在工件表面易產(chǎn)生紋路而損壞工件，也避免了因因空化而擊穿槽體的缺點；

5.具有排斥污垢功能，使污垢迅速脫離工件浮于表面，適合于溢流循環(huán)方式清洗。

6.具有過熱保護功能，能夠很好的保護發(fā)生裝置不被損壞。9PPT課件超聲波清洗機發(fā)生裝置的工作原理超聲波發(fā)生裝置，通常稱為超聲波發(fā)生源，超聲波電源。它的作用是把我們的市電（220V或380V，50或60Hz）轉(zhuǎn)換成與超聲波換能器相匹配的高頻交流電信號。發(fā)生裝置的原理是首先由信號發(fā)生裝置來產(chǎn)生一個特定頻率的信號，這個信號可以是正弦信號，也可以是脈沖信號，這個特定頻率就是換能器的頻率，一般應用在超聲波設備中的超聲波頻率為20KHz、25KHz、28KHz、33KHz、40KHz、60KHz。10PPT課件

超聲波發(fā)生裝置應有反饋環(huán)節(jié)，主要提供二個方面的反饋信號：第一個是提供輸出功率信號，我們知道當發(fā)生裝置的供電電源（電壓）發(fā)生變化時。發(fā)生裝置的輸出功率也會發(fā)生變化，這時反映在換能器上就是機械振動忽大忽小，導致清洗效果不穩(wěn)定。因此需要穩(wěn)定輸出功率，通過功率反饋信號相應調(diào)整功率放大器，使得功率放大穩(wěn)定。第二個是提供頻率跟蹤信號。當換能器工作在諧振頻率點時其效率最高，工作最穩(wěn)定，而換能器的諧振頻率點會由于裝配原因和工作老化后改變，當然這種改變的頻率只是漂移，變化不是很大，頻率跟蹤信號可以控制信號發(fā)生裝置，使信號發(fā)生裝置的頻率在一定范圍內(nèi)跟蹤換能器的諧振頻率點。讓發(fā)生裝置工作在最佳狀態(tài)。當然隨著現(xiàn)代的電子超聲技術，特別是微處理器(uP)及信號處理器(DSP)的發(fā)展，發(fā)生裝置的功能越來越強大，但不管如何變化，其核心功能應該是如上所述的內(nèi)容，只是每部分在實現(xiàn)時超聲波技術不同而已。

11PPT課件超聲波清洗器發(fā)生裝置的制造過程模擬圖12PPT課件元件選擇為了制作超聲波清洗機發(fā)生裝置的電板，我們的第一步必須要找到所有的元器件，在這期間，我們發(fā)現(xiàn)，它的品種繁多，千差萬別，很難找齊全，我們便通過各種元器件的并聯(lián)，串聯(lián)以及各種三極管的替代來進行各項搭配，最終使之完成，下面來介紹一下我們所用到的元器件，以及各種元器件的組合。需要元件：變壓器（3個）；二極管：型號1N915（5個）型號1N4003（1個）和2個發(fā)光二極管；電容：5個1uF，2個1000uF，1個470uF，1個0.01F；2個NPN三極管；2個繼電器；2個光電耦合器；2個電感；電阻：4個10K歐姆，4個0.33K歐姆，2個68K歐姆，2個3.3K歐姆。13PPT課件

電路焊接注意事項：送錫：在送錫的過程中，我們要了解不能將錫送成一條直線，而是一個點一個點，這樣做的優(yōu)點在于，一方面不易使錫將插點給封閉住，另一方面，也可以減少錫的浪費。飛線：這是極其困難與重要的一部分，我們得照顧以下四個方面。第一：我們得自己事先將原來的圖重新規(guī)劃，不僅要盡量縮減版面，還要盡量使線與線之間的距離保持短，而且要保證他們不交叉，如果實在要交叉也需要事先做好解決方案，因為這一旦開始焊接，如果出錯，那么則前功盡棄，模擬板也沒有用了。第二：我們在遇到線與線交叉的時候，要注意是不是可以交叉，可以的話直接過去，不可以的話需要加一個絕緣體，也就是飛線上的一層塑料皮。第三：我們在送錫的過程中應當給外小心，因為格局小，所以送錫量不能大，一大的話也許就會與其他元件相連接。第四：我們要注意各個元器件的正負級，一旦出錯，后果嚴重。14PPT課件超聲波清洗的優(yōu)勢

清洗效果好

運用于工業(yè)清洗的清洗方式一般為人工清洗,有機溶劑清洗，蒸汽氣相清洗，高壓水射流和超聲波清洗機。超聲波清洗被國際公認為是當前效率最高，效果最好的清洗方式，其清洗率達到了98%以上，清洗清潔度也到達了最高級別。而傳統(tǒng)的人工清洗和有機溶劑清洗的清洗效率僅僅為60%~70%，即使是氣相清洗和高壓水射流清洗的清洗效率也低于90%。不論工件形狀多復雜，將其放入清洗液內(nèi)，只要是能接觸到液體的地方，超聲波的清洗作用都能達到。尤其是對于形狀和結構復雜，人工及其它清洗方式不能完全有效的進行清洗的工件，具有顯著的效果。清洗時液體內(nèi)產(chǎn)生的氣泡非常均勻，工件的清洗效果也非常理想。超聲波清洗機可根據(jù)溶劑的不同達到不同的效果，如：除油，除繡或磷化。配合清洗劑的使用，加速污染物的分離和溶解，可有效防止清洗液對工件的腐蝕。15PPT課件清洗成本低在所有清洗方式中，清洗成本大體為：設備成本和消耗成本。超聲波清洗設備使用壽命約為十年，設備購置成本高于人工清洗和有機堿性溶劑刷洗，低于氣相清洗和高壓水射流清洗，對于消耗成本，以有效尺寸為600×400×350立方毫米，功率為kW，價格約為1萬元的超聲波清洗機為例，耗電1kW·h約為0.5元；堿性金屬清洗劑1kg,價格約為20元，可反復使用20～50h(根據(jù)污染程度而定），相當于0.4～1元／h，而一般工件清洗時間僅3～15min即可，且一次清洗可對一定數(shù)量及體積的工件同時清洗，因此對于消耗成本而言，采用超聲波清洗，不僅清洗效果最好，而且清洗成本相當于不要0.04元／件，還不算節(jié)省的勞動力成本，遠遠低于其他各類清洗方法。16PPT課件避免勞動損傷

以往在骯臟的環(huán)境中通過繁重的體力勞動，需要長時間地進行手工清洗的復雜機械零件，應用了超聲波清洗機以后，不僅改善了勞動環(huán)境，杜絕了手工清洗對工件產(chǎn)生的傷害，減輕了勞動強度，而且在大幅提高清洗精度的基礎上，清洗時間縮短為原來的四分之一。超聲波清洗還可有效地降低污染，減少有毒溶劑對人類的損害。17PPT課件

影響超聲波清洗效果的因素

超聲波強度即單位面積的超聲功率。超聲清洗的效果好壞取決于空化作用，但空化作用的產(chǎn)生與超聲波強度有關，在通常情況下，在單位面積超過0.3W超聲功率時（輸入電功率為1W）。超聲波強度越大，空化作用越明顯，清洗作用越好。另外，根據(jù)不同的清洗對象，選擇適當?shù)某暡◤姸?，如清洗電路板時超聲強度可低些，清洗機械零件時超聲波強度可高些。18PPT課件超聲波頻率空化作用還與超聲波頻率有關，空化的產(chǎn)生存在著一個最小的臨界幅度，即空化是隨著頻率的升高而降低的。目前超聲波清洗機的工作頻率根據(jù)清洗對象，大致分為三個頻段：低頻超聲清洗（20~50kHz）高頻超聲清洗（50~200kHz）和兆赫超聲清洗（700~1000kHz）。低頻超聲清洗適用于大部分表面或者污物和清洗表面結合強度的場合；高頻超聲波清洗適用于計算機﹑微電子原件的精細清洗。如磁盤﹑驅(qū)動器﹑讀寫頭﹑液晶玻璃及平面顯示器微組件和拋光金屬件等的清洗：兆赫超聲清洗適用于集成電路芯片﹑硅片及薄膜等清洗。19PPT課件清洗溶液的選擇清洗濟的選擇要從兩個方面考慮，一方面要從污物的性質(zhì)來選擇化學作用效果好的清洗機：另一方面要選擇表面張力﹑蒸汽壓及粘度合適的清洗劑。因為這些特性與超聲空化強弱有關。液體的表面張力大則不容易產(chǎn)生空化，但是當聲強超過空化閾值時，空化泡崩潰釋放的能量也大，有利于清洗。高蒸汽壓的液體會降低空化強度，而液體的粘滯度大也不容易產(chǎn)生空化，因此蒸汽壓高和黏度大的清洗劑都不利于超聲清洗。20PPT課件清洗的溫度清洗溫度升高時，對空化的產(chǎn)生有利，但是溫度過高氣泡中的蒸汽壓增大，空化強度會降低，所以溫度的選擇要考慮對空化強度的影響也要考慮清洗液的化學清洗作用。每一種液體都有一空化活躍的溫度，水較適宜的溫度是60度左右，此時空化最活躍。21PPT課件駐波的影響

清洗槽是有限空間，超聲波由聲源向液面?zhèn)鞑r，在液體的氣體的交界面會反射回來而形成駐波。駐波的特征是在液體空間的某些地方聲壓最小，而在另外一些地方聲壓最大，這樣會造成清洗不均勻的現(xiàn)象。要減少駐波的影響有時清洗槽特意做成不規(guī)則的形狀以避免駐波的形成。有時在超聲電源方面采取掃頻的方式，使聲壓最小處不固定在一個地方，而是不斷地移動以達到較均勻的清洗。22PPT課件超聲波清洗機技術的新發(fā)展超聲波清洗機技術經(jīng)過幾十年來的理論探討和應用研究，無論在設備還是在工藝上均取得了較大的發(fā)展，有關單位相繼研發(fā)了一大批新的產(chǎn)品，也制訂出了一些先進典型的清洗工藝。23PPT課件高頻超聲清洗

對于像硅片表面小至零點幾微米的超微污物粒子，常規(guī)的超聲波清洗機器無能為力，即使增加功率密度也無濟于事。近來發(fā)展了一種兆赫茲級的高頻超聲清洗技術，由于頻率高，空化效應已不起作用，因此清洗的關鍵不是氣泡，是高頻壓力波的擦洗作用，其對污物的去除率接近百分百。高頻清洗近來發(fā)展較快，主要用于超大規(guī)模集成電路芯片上的污物清洗，以及硅晶片、陶瓷、光掩模等特種污物的清洗。24PPT課件聚焦式清洗對于像紡織行業(yè)的噴絲板、過濾器之類微孔物件的清洗，常規(guī)的超聲清洗效果十分不理想，聲強達不到要求，而采用機械掃描聚焦式超聲清洗，噴絲板微孔中的污物脫離則十分明顯。聚焦式清洗要求達到高的聲強，目前選用的頻率以低頻為主，常用20kHZ和15kHZ兩種頻率，個別的頻率也有28kHZ的，其電功率在連續(xù)波情況下一般為500~700W，間隙脈沖工作狀態(tài)下，功率可高一些。25PPT課件多頻清洗