超声波分散仪

超声波分散仪是指以液体为媒介，通过超声波在液体中的“空化”作用，将液体中的颗粒进行分散和解团聚的过程。

超声波技术作为一种物理手段和工具，能在液体中产生各种极端条件，这一现象被称为声化学作用，相关的超声设备则被称为超声波声化学设备（简称“声化学设备”）。

超声波分散设备是声化学设备的一种应用，可用于水处理、固液系分散、液体中颗粒的解团聚、促进固液反应等效果。

工作原理
超声波分散设备由超声波振动部件和超声波专用驱动电源两大大部分构成。

超声波振动部件主要包括大功率超声波换能器、变幅杆、工具头（发射头），用于产生超声波振动，并将此振动能量向液体中发射。

超声波驱动电源是专门用于驱动超声波振动部件工作的设备，控制这超声波振动部件的各种工作状态。

它将一般的市电转化为高频的交流电信号，并驱动换能器产生超声振动。

当超声振动传递到液体中时，由于声强很大，会在液体中激发很强的空化效应，从而在液体中产生大量的空化气泡。

随着这些空化气泡产生和爆破，将产生微射流，进行将液体重大的固体颗粒击碎。

同时由于超声波的振动，使固液更加充分的混合，对大部分化学反应起到促进作用。

在医学领域中，如磷脂类和胆固醇混合，经过超声分散，可以得到更小的粒子（0.1μm左右）供静脉注射。

产品组成
超音波振动源（驱动电源）：把50-60Hz的市电转化为高功率的高频率（15kHz—100kHz）电源，提供给换能器。

换能器（controller, transducer）：把高频率电能转化为机械振动能。

变幅杆：联接并固定换能器与工具头，将换能器之振幅放大后传送到工具头。

工具头（导入杆）：把机械能和压力传至工作物，同时也有振幅放大的功能。

连接螺栓：将以上各组件紧密地连接。

产品特点
1、功率大，单套最大功率可以达到3000W;
2、工作稳定：可全天候连续工作;
3、选用钛合金作为换能器和工具头的材料，提高振动传递效率，设备使用寿命大大提高;
4、耐高温：辐射头部分，最高可承受600℃;
5、耐高压：最高承受压强30Mpa;
6、多节工具头设计：有效增大超声波辐射面积，使辐射效果更加均匀;
7、可根据客户特殊要求定制各种声化学设备。

超声波发生器，又称超声波驱动电源、电子箱、超声波控制器，是大功率超声系统的重要组成部分。

超声波发生器作用是把市电转换成与超声波换能器相匹配的高频交流电信号，驱动超声波换能器工作。

超声波发生器产生一个特定频率的正弦信号或脉冲信号，此特定频率就是换能器工作频率。

应用在超声波设备中的超声波频率为20KHz、25KHz、28KHz、33KHz、40KHz、60KHz以及100KHz以上。

放大电路形式采用线性放大电路和开关电源电路。

开关电源电路的优点：转换效率高，因此大功率超声波电源采用此形式。

线性电源电路的优点：不严格要求电路匹配，允许工作频率连续快速变化。

超声波发生器有反馈环节，主要提供二个方面的反馈信号：
第一个是提供输出功率信号。

第二个是提供频率跟踪信号。

超声波发生器和模拟电源的区别：
自动跟频：设备一旦完成初始设置后，就可以连续作业而无需对发生器进行调节。

自动振幅控制：换能器工作过程中负载发生变化时，能自动调整驱动特性，确保工具头得到稳定的振幅。

系统保护：系统在不适宜的操作环境下工作时，发生器将停止工作并报警显示，保护设备不受损坏。

振幅调整：振幅可在工作过程中瞬间增加或减少，振幅的设置范围：0%~100%。

自动搜频：可以自动测定工具头的工作频率并储存。

过热保护：能够很好的保护发生器不被损坏。

超声波变幅杆是超声振动系统中一个重要的组成部分，它在振动系统中的主要作用是把机械振动的质点位移或速度放大，并将超声能量集中在较小的面积上即聚能，因此也称超声变速杆或超声聚能器。

原理
在高声强超声如超声加工、超声焊接等应用中，辐射面的振动幅度一般需要几十到几百微米，只有在换能器的端面连接超声波变幅杆，才能将机械振动幅度放大到符合要求。

另外，超声波变幅杆还可以作为机械阻抗变换器，在换能器和声负载之间进行阻抗匹配，使超声能量更有效地从换能器向负载传输。

分类
振动类型：分为纵振、扭振、弯振以及复合振动(纵弯、纵扭)，四类。

在功率超声的加工和处理应用中，纵振型应用最为普遍。

母线形状：单一变幅杆的母线形状来分类，又可分为阶梯、指数、悬链线、圆锥、高斯、傅里叶、余弦等类型，若将这些单一形状变幅杆组合起来进行设计，则是复合型变幅杆。

二分之一波长的纵振变幅杆的设计方案：传统解析法等效电路法替代法(机械阻抗相等法) 传输矩阵法有限元法
其他方法：变幅杆设计方法还有传输线法、分段趋近法、表观弹性法等
历史
上世纪40年代发明的纵振指数型变幅杆，是为了高强大功率超声波的应用。

上世纪50年代原苏联学者提出悬链线型变幅杆和多级组合变幅杆。

上世纪60年代提出了描述变幅杆形状因数的概念，并发展了一种应力沿杆件均匀分布的高斯型变幅杆，获得了高位移振幅。

森荣司提出振动方向变换器，开辟了用变幅杆件功率合成方法获得高强特大功率(50KW以上)超声的途径。

上世纪80年代森荣司等又提出夹心弯曲换能器结构。

90年代根本佐久良雄等人则提出了夹心扭转换能器结构。

随后又出现了弯曲振动变幅杆和扭转振动变幅杆，扩大了工业应用范围。

除了以上杆件形状外，在大功率超声冷拔丝、管等应用中出现了等厚度或变厚度的盘形或环形聚能器;在超声焊接、切割中又出现了大型块状变幅杆件。

超声波振子又称超声波振动子，行业内将换能器与变幅杆连接后的整体叫做振动子。

超声波振子由压电陶瓷的压电效应实现电能与机械能（声波振动）的相互转换，并通过声阻抗匹配的前后辐射盖块进行放大的器件。

原理
超声波振子由超声波换能器和超声波变幅杆组成超声波振动系统。

超声波换能器是一种能把高频电能转化为机械能的装置，超声波变幅杆是一个无源器件，本身不产生振动，只是将超声波换能器输入的振动改变振幅后再传递出去，完成了阻抗变换。

超声波换能器在合适的电场激励下能产生有规律的振动，其振幅一般在10μm左右，这样的振幅要直接完成焊接和加工工序是不够的。

因此换能器链接合理设计的超声波变幅杆，超声波的振幅可以在很大的范围内变化，只要材料强度足够，振幅可以超过100μm。

超声波变幅杆在做纵向伸缩振动时，其中间的某横截面左右两边的质点运动方向刚好相反，相当于存在一个相对静止的节面。

这个节面叫做节点，这里也是振动子的最佳固定点，偏离这个节点固定就会降低振动子的工作效率，俗称漏波。

材质
铁质超声波振子声传递效率高，但材料强度低，易开裂和螺孔滑丝；钢质超声波振子强度高，但声阻抗相对较大；钛合金超声波振子综合性能好，缺点就是价格高、加工难。

常见故障
超声波振子要放在干燥的地方，以免超声波振动动子受潮，会影响正常的工作。

若超声波振子受潮则放进烘箱设定100 ℃左右烘干2小时或者使用电吹风去潮至阻值正常为止；
超声波振子脱胶,超声波振动子脱胶以后超声波电源输出的功率正常,但是由于振子与振动面连接不好,长时间工作的话会烧坏振子.超声波振子脱胶一般要请专业超声波厂家进行维修或更换。

维护保养
1、超过一星期未使用，请和防尘套（塑胶袋）覆盖；
2、除升降螺杆于出厂前已收润滑油外，其它各部不需上任何油剂；
3、定期检查内部振动子输出线是否磨损；
4、外观有灰尘，请以干净布擦拭，每隔半年应以干燥之压缩空气吹净机内尘埃，在清洁焊机侧板、表面时严禁使用各种熔剂，应使用中性洗涤剂，轻轻擦试；
5、滤水杯达13水位时，请将水排除；
6、焊机每使用满一月，滑动部位应揩试干净，重新涂上优质润滑油脂；
7、随时注意机台位置安全。

超声波换能器是一种能把高频电能转化为机械能的装置。

超声波换能器是一种能量转换器件，它的功能是将输入的电功率转换成机械功率（即超声波）再传递出去，而自身消耗很少的一部分功率。

超声波换能器一般有磁致伸缩换能器和压电晶体换能器两类。

磁致伸缩
属于磁致伸缩的有镍片换能器和铁氧体换能器。

铁氧体换能器的电声转换效率比较低，一般使用一、二年后效率下降，甚至几乎丧失电声转换能力。

镍片换能器的工艺复杂，价格昂贵，所以至今很少使用。

压电晶体
其中最成熟可靠的是以压电效应实现电能与声能相互转换的器件,称为压电换能器.由材料的压电效应将电信号转换为机械振动。

这种换能器电声转换效率高，原材料价格便宜，制作方便，也不容易老化。

常用的材料有石英晶体、钛酸钡和锆钛酸铅。

石英晶体的伸缩量太小，3000V电压才产生0.01um以下的变形。

钛酸钡的压电效应比石英晶体大20-30倍，但效率和机械强度不如石英晶体。

锆钛酸铅具有二者的优点，一般可用作超声波清洗，探伤和小功率超声波加工的换能器。

换能器组成
1.中央压电陶瓷元件
2.前后金属盖板
3.预应力螺杆
4.电极片以
5.绝缘管
这种夹心换能器在负荷变化时产生稳定的超声波，是获得功率超声波驱动源的最基本最主要的方法。

根据不同的设计超声波换能器的形式主要有：
1.柱型（NTK型）
2.倒喇叭型（必能信型）3钢后盖型 4.中间夹铝片型
主要适用与超声波塑料焊接机、超声波塑料焊接、超声波金属焊接机，超声波清洗机，超声波声化学设备等。