Giới thiệu đầu sò làm sạch siêu âm

Đầu sò gốm áp điện (thường được gọi là “đầu rung siêu âm” hoặc “sò rung siêu âm”) là một thiết bị chuyển đổi cơ điện, có cả cổng điện và cổng cơ. Cổng điện kết nối đầu rung với máy phát siêu âm thông qua thạch anh. Cổng cơ học kết nối đầu rung siêu âm với tải (bể làm sạch, môi trường làm sạch, phôi, v.v.) thông qua các bộ phận kết hợp. Làm sạch bằng siêu âm thuộc danh mục ứng dụng siêu âm công suất cao, người ta chú ý nhiều hơn đến nguyên lý và ứng dụng áp điện. Nghĩa là, máy phát siêu âm sẽ luôn gặp phải vấn đề phối hợp trở kháng với máy rung siêu âm (hoặc tấm rung siêu âm). Việc phối hợp điện của máy rung siêu âm phải hoàn thành hai nhiệm vụ chính: một là chuyển đổi giá trị trở kháng của siêu âm, giá trị trở kháng yêu cầu thường được gọi là “kết hợp biến trở”; thứ hai là hiệu ứng điều chỉnh, nghĩa là sử dụng các thành phần cảm ứng để loại bỏ trở kháng điện dung của bộ dao động siêu âm, còn được gọi là “kết hợp điều chỉnh”. Việc kết hợp điện trở thay đổi và kết hợp điều chỉnh được đề cập ở trên được gọi chung là kết hợp trở kháng. Mặc dù mạch áp điện có cấu trúc đơn giản nhưng nó phân tích chính xác mạch tương đương của máy rung siêu âm và gỡ lỗi khớp trở kháng một cách hợp lý để máy rung siêu âm luôn ở trạng thái cộng hưởng với băng thông nhất định. Đây là chìa khóa cho hiệu quả của máy rung bể siêu âm (hoặc tấm rung siêu âm) tỏa năng lượng đến môi trường làm sạch.

Hai bộ phận quan trọng nhất của thiết bị làm sạch siêu âm là máy phát siêu âm và đầu dò siêu âm. Để có được đầu dò công suất cao, phương pháp chung là kết nối song song nhiều “đầu rung siêu âm”, gọi là “nhóm đầu dò”, còn gọi là “tấm rung”. Đầu dò máy rửa siêu âm là tải của máy phát siêu âm, là bộ phận hoạt động cuối cùng thực hiện rung động siêu âm. Chức năng chính của đầu rung siêu âm là chuyển đổi tín hiệu dao động điện từ siêu âm do máy phát siêu âm tạo ra thành rung động cơ học siêu âm của chính đầu dò, sau đó truyền sóng này qua vỏ thiết bị phát ra sóng siêu âm, hoàn thành quá trình chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ. Do đó, đầu dò siêu âm là thiết bị chuyển đổi tín hiệu hoặc năng lượng từ các nguồn năng lượng khác thành tín hiệu hoặc năng lượng siêu âm cần thiết. Trong ngành làm sạch công nghiệp siêu âm, hiệu ứng áp điện ngược theo chiều dọc của “tấm gốm áp điện” được sử dụng. Nghĩa là, một “điện áp dao động siêu âm” điện được đặt vào hai bề mặt hình khuyên của mảnh gốm áp điện làm cho “mảnh gốm áp điện” trải qua “biến dạng siêu âm” theo cùng hướng của điện trường.

Nhiệt độ Curie: Khi tấm gốm áp điện đạt đến nhiệt độ điểm Curie T, thân tấm gốm sẽ trải qua một sự thay đổi pha, tức là nó sẽ mất ngay hiệu ứng áp điện. Trong các ứng dụng thực tế để làm sạch tấm gốm áp điện, thông thường khuyến nghị rằng giới hạn nhiệt độ an toàn T <1/2(Tc-0C) thường quy định rằng T phải lên tới 100°C. Nếu vượt quá nhiệt độ tối đa cho phép, chip gốm áp điện sẽ giảm hiệu suất và tốc độ phản ứng dây chuyền không lường trước được, hậu quả là tấm gốm sẽ bị nổ và đầu dò bị hỏng.

Tần số cộng hưởng cơ học: Tần số cộng hưởng cơ học là tần số làm việc của đầu dò, tần số này phải càng gần với giá trị mong đợi càng tốt trong quá trình sử dụng, vì khi giá trị Qm không cao lắm, bộ dao động có dải thích ứng tần số nhất định và bộ điều khiển máy phát phải phù hợp (tần số làm việc của máy phát nói chung nằm trong phạm vi chấp nhận được là 0,5kHz). Khi chế tạo bể làm sạch hoặc tấm rung cần chia tần số làm việc của đầu dò thành các bánh răng (như A, B, C) và chia thành 0,1kHz. Các máy rung trong cùng một bánh răng được liên kết với nhau như tấm rung. Máy phát điều khiển màng ngăn của đầu dò trong cùng một bánh răng, điều này có lợi cho việc tạo ra công suất tối đa.

Hệ số chất lượng cơ học: Hệ số chất lượng cơ học đề cập đến khả năng khuếch đại biên độ dao động của đầu dò ở trạng thái cộng hưởng. Đây là hệ số không thứ nguyên. Giá trị của hệ số chất lượng cơ học Qm càng lớn thì hiệu suất chuyển đổi điện âm của máy rung càng cao nhưng băng thông của máy rung cũng hẹp hơn. Phạm vi thích ứng tần số hẹp của máy rung sẽ khiến nhiều máy rung khó hoạt động cùng nhau. Nói chung, Qm của đầu dò máy làm sạch được kiểm soát trong khoảng 800 ~ 1000, tùy thuộc vào trường hợp sử dụng, phạm vi giá trị Qm có thể được mở rộng một cách thích hợp. Thông số này trước đây không thể đạt được bằng các phương pháp thử nghiệm truyền thống, nhưng nó rất có giá trị trong ứng dụng làm sạch siêu âm.

Điện dung tự do: Điện dung tự do đề cập đến giá trị điện dung của bộ chuyển đổi áp điện ở tần số 1kHz, phù hợp với giá trị được đo bằng máy đo điện dung kỹ thuật số. Nói chung, các nhà sản xuất đầu dò áp điện sẽ cung cấp giá trị điện dung tĩnh C trong các mẫu sản phẩm. Trong quá trình sửa chữa, cuộn cảm nguồn L tích hợp của máy phát siêu âm phải được so sánh với C. Cân bằng có thể cải thiện hệ số công suất của nguồn điện. Tầm quan trọng của việc hiểu điện dung tự do C là: trong thực tế, cho dù đó là sửa chữa đầu rung với máy phát siêu âm hay bảo trì tại chỗ, thông số tấm rung dễ dàng nhất để có được là CT, rất hữu ích để tính toán giá trị phù hợp của thiết bị được sản xuất. Trong cuộn cảm công suất L của máy phát điện, hoặc ngược lại, việc tính toán số lượng và công suất các bộ chuyển đổi của tấm rung là rất thuận tiện và thiết thực. CT điện dung tự do nói chung là một giá trị ổn định. Nếu nó không ổn định, điều đó có nghĩa là quá trình sản xuất đầu dò có thể không ổn định hoặc loại tấm gốm khác nhau.