超聲波清洗器設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p>　　超聲波清洗器畢業(yè)設(shè)計(jì)</p><p><b>　?。ㄕ撐念}目）</b></p><p>　　專 業(yè) 電子信息工程_ _ </p><p>　　年級(jí)班別_電子152____ _ ______</p><p>　　學(xué) 號(hào) 15060130231 &

2、lt;/p><p>　　姓 名_鄭佳偉___ ___ _______</p><p>　　指導(dǎo)教師_楊全會(huì)_____ ____________</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(jì)50年代初

3、，隨著技術(shù)的進(jìn)步應(yīng)用日益擴(kuò)大。目前已廣泛 地用于電子電器工業(yè)、清洗半導(dǎo)體器件、電子管零件、印刷電路、繼電器、開關(guān)和濾波器等；機(jī)械工業(yè)中用于清洗齒輪、軸承、油泵油嘴偶件、燃油過(guò)濾器、閥門及其他機(jī)械零件，大如發(fā)動(dòng)機(jī)及導(dǎo)彈部件，小如手表零件；再如光學(xué)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(shù)器具等；此次設(shè)計(jì)的超聲波清洗機(jī)主要應(yīng)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(jī)電產(chǎn)品，通過(guò)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(jī)械振動(dòng)，在液體中產(chǎn)生超聲波振動(dòng)進(jìn)行清洗。利用超聲波可以穿透固體物質(zhì)而使整個(gè)清洗介質(zhì)振動(dòng)并產(chǎn)生空化氣泡，該清洗方式對(duì)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(shí)尚家電，能夠使人們從繁瑣的家務(wù)勞動(dòng)中解脫出來(lái)。</p><p>　　關(guān)鍵詞 超聲波、清洗器、高頻、振蕩器</p><p>　　一、超聲波清洗機(jī)的原理與特點(diǎn)聲波清洗器包括主要的三個(gè)結(jié)構(gòu)：超

5、聲波發(fā)生器、換能器和清洗槽。超聲波清洗機(jī)的原理為超聲波發(fā)生器發(fā)出的高頻振蕩信號(hào)，而換能器將超聲頻電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械高頻振動(dòng)并通過(guò)清洗槽壁向盛在槽中的清洗液來(lái)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(dòng)而產(chǎn)生直徑為50-500?m的數(shù)以萬(wàn)計(jì)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(dòng)，在超聲波縱向傳播的負(fù)壓區(qū)這些氣泡得以形成、生長(zhǎng)，而在正壓區(qū)，當(dāng)聲強(qiáng)或聲壓達(dá)到一定值時(shí)，氣泡就會(huì)迅速增長(zhǎng)

6、，然后瞬間閉合。在氣泡閉合時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生沖擊波，并且在氣泡周圍產(chǎn)生上千個(gè)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(guò)程中是通過(guò)破壞不溶性污物，并且使他們分散并擴(kuò)散在清洗液中，當(dāng)團(tuán)體粒子被油污裹著而黏附在清洗件表面時(shí)，固體粒子及脫離，油被乳化，從而達(dá)到清洗件凈化的目的。這個(gè)過(guò)程被稱之為“空化”效應(yīng)的過(guò)程。即空化作用就是超聲波以每秒兩萬(wàn)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(jìn)行透射。在減壓力作用時(shí)，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(shí)，真空核群泡受壓力壓碎</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)方案</b></p><p><b>　　（1）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備</b></p><p>　　本次超聲波清洗器為一款簡(jiǎn)單可靠的小型家用的，成本較低。此次超聲波清洗器，通過(guò)電子市場(chǎng)采購(gòu)元器件、萬(wàn)能板、變壓器、導(dǎo)線、換能器等。</p&g

8、t;<p><b>　　實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　簡(jiǎn)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(dòng)超聲波換能器工作，從而對(duì)污漬進(jìn)行接觸式振蕩清洗。振蕩電路采用555時(shí)基集成電路，這是大家再熟悉不過(guò)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(shí)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(guò)VT1前置放大和VT

9、2電壓放大，足以推動(dòng)下一級(jí)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(guò)大，后級(jí)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(shè)計(jì)計(jì)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(huì)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(shè)計(jì)</p><p>

10、　?。?）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(shè)計(jì)采用振蕩——放大型超聲波發(fā)生器，它是一個(gè)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(hào)，通過(guò)放大

11、器將其放大到一定的功率輸出，以致達(dá)到最佳負(fù)載值，最后通過(guò)輸出變壓器進(jìn)行阻抗匹配，并通過(guò)功放輸出。下圖即是振蕩-放大型超聲波發(fā)生器結(jié)構(gòu)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(hào)放大以至所需的電平。放大部分可以是單級(jí)的，也可以是多級(jí)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(chǎng)效應(yīng)管和絕緣柵雙極型晶體管（IBGT）器件）。近年來(lái)越來(lái)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(diǎn)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(duì)晶體管的最大輸出功率只能達(dá)到百瓦級(jí)。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>　?。?）超聲波換能器的選擇</p><p>　　超聲波換能器是超聲振動(dòng)系統(tǒng)的核心部件，超聲波清洗機(jī)設(shè)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(dòng)的機(jī)械能，從而達(dá)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(fù)雜、價(jià)格昂貴，因此目前很少采用。目前我國(guó)主要采用的換能器類型是壓電換能器，因?yàn)檫@種換能器原材料價(jià)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(gòu)，以適應(yīng)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(guò)對(duì)比最后確定選

15、定32W換能器。</p><p>　　四、實(shí)驗(yàn)原理圖設(shè)計(jì)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(jìn)行調(diào)試。</p><p>　　電源部分很簡(jiǎn)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(jí)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(jì)和示波器探頭接入555時(shí)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(yīng)是10-60kHz變化的方波,再將探頭放在 VT1的集電集，正常情況應(yīng)是交流正弦波，幅値在 P-P值1V

17、左右。 如幅度過(guò)小或波形失真可整VT1管的工作點(diǎn)及適當(dāng)調(diào)整積分電路的阻容値, 使波形與幅值基本達(dá)到要求。</p><p>　　功放部分是關(guān)鍵部位, 從VT1集電極經(jīng)電容耦合的信號(hào)送至VT2的基極，放大后直接通過(guò)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(jià)格便宜而且性能優(yōu)越，能達(dá)到預(yù)期的效果，可使清洗機(jī)清洗效能達(dá)標(biāo)，并且成本不會(huì)太高，因此本次設(shè)計(jì)中就采用由開關(guān)穩(wěn)壓塊555構(gòu)成的振蕩器。如圖所示為電路圖。 </p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)論</b></p><p>　?。?）通過(guò)上面的設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行實(shí)物焊接與調(diào)試，焊接時(shí)，我們采用萬(wàn)能板用焊錫搭線，最終完成實(shí)物制作。實(shí)物如下圖：</p&g

19、t;<p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　通過(guò)幾個(gè)星期的努力，在老師的悉心指導(dǎo)下，通過(guò)室友的共同努力，終于完成了超聲波清洗器的設(shè)計(jì)。畢業(yè)設(shè)計(jì)是本學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。通過(guò)這次對(duì)超聲波清洗機(jī)的制作，我感受到了小組學(xué)習(xí)的重要性。而且在制作中，提高了我的焊接水平，加深了我對(duì)電路設(shè)計(jì)的理解，還增長(zhǎng)了許多課本上學(xué)不到的知識(shí)。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(shè)計(jì)收獲很大。</p><p>　　該設(shè)計(jì)的硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，集成度高，工作可靠，測(cè)試穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)測(cè)試，各部分運(yùn)行正常，成功地達(dá)到了硬件設(shè)計(jì)要求。通過(guò)與硬件電路的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)用超聲波清洗器件的功能?？傊?，完成了設(shè)計(jì)任務(wù)的全部要求。在這次的設(shè)計(jì)后我了解到，非接觸測(cè)量在當(dāng)今的社會(huì)發(fā)展當(dāng)中已經(jīng)變得十分重要，而超聲波作為非接觸測(cè)量的一種方法，已經(jīng)在很多領(lǐng)

21、域得到應(yīng)用。本設(shè)計(jì)已經(jīng)成功完成，但仍然存在著很大的改進(jìn)空間。 </p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在此完成了超聲波清洗器，謹(jǐn)向我們的指導(dǎo)老師楊全會(huì)致以最誠(chéng)摯的謝意。這個(gè)報(bào)告是在楊老師的精心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成的。在我們做超聲波清洗器期間，在老師指導(dǎo)幫助下，使我們組不僅順利完成了本課預(yù)定的各項(xiàng)任務(wù)，而且在實(shí)驗(yàn)操作能力上有了很大的飛躍。既讓我們