超声波清洗机的电路设计课件.ppt

1、 组长：李成 秘书：周莎莉 组员：薛超 谢欢李成：项目策划，查找资料周莎莉：制作项目报告薛超： 制造PPT 谢欢：搜索资料 超声波清洗技术在超声波清洗技术在2020世纪世纪5050年代有了很大的发展，当时年代有了很大的发展，当时使用的超声波工作频率在使用的超声波工作频率在2040KHZ2040KHZ之间。该范围内的超声之间。该范围内的超声波被应用在数千种不同的工作场合之下，其中许多是别的波被应用在数千种不同的工作场合之下，其中许多是别的清洗手段不能很好发挥作用的场合。超声波可以对工件施清洗手段不能很好发挥作用的场合。超声波可以对工件施加非常巨大的能量，加非常巨大的能量，尤其适用于清除牢固地附着

2、在基地上的污垢尤其适用于清除牢固地附着在基地上的污垢。然而在某些情况下，超声波强大的能量也会损伤粘有污垢然而在某些情况下，超声波强大的能量也会损伤粘有污垢而性质脆弱的基底材料。在过去的十几年中，超声波领域而性质脆弱的基底材料。在过去的十几年中，超声波领域中出现了一些技术革新，提高了清除敏感基底上的污物的中出现了一些技术革新，提高了清除敏感基底上的污物的安全系数。目前这项技术已经得到了很快的普及。安全系数。目前这项技术已经得到了很快的普及。 超声波的传播要依靠弹性介质。其传播时，使弹性介质中的粒子振荡，并通过介质按超声波的传播方向传递能量，这种波可分为纵向波和横向波。在固体内，两者都可以传送，而

3、在气体和液体内，只有纵向波可以传送。超声波能够引起质点振动，质点振动的加速度与超声波能够引起质点振动，质点振动的加速度与超声波频率的平方成正比。此外，超声振动在清洗液中引起质点很大的振动速度和加速度，亦使清洗件表面的污物受到频繁而激烈的冲击。由上述超声清洗原理可知，凡是液体浸到空化产生的地方都有清洗作用不受清洗件表面复杂形状的限制，如部件表面的空穴、凹槽、狭缝和深孔、微孔都能得到清洗，而这些部件用一般刷洗方法是不能清洗干净的。 超声波清洗的主要设备 超声波清洗设备主要由发生装置、换能器和清洗槽三部分组成。发生装置即电源，产生电磁振荡信号并提供能量；换能器即振板，是超声清理的关键部分，它把发生装

4、置产生的电磁振动转换成换能器本身的超声振动，并传入清洗槽中产生空化作用，通常置于槽底部；清洗槽用来容纳清洗液及待清洗的工件。 由图1可见，二极管D7，D8与二极管D9，D10是相互串联在一起的，二极管的特点是单向导通，这里之所以串联在一起是因为防止内压过高从而导致二极管击穿。而二极管D1和D3在电路中称为续流二极管， 两个续流二极管并联在线圈K1和K2的两端，线圈在通过电流时，会在其两端产生感应电动势。当电流消失时，其感应电动势会对电路中的原件产生反向电压。当反向电压高于原件的反向击穿电压时，会把元器件造成损坏。续流二极管并联在线圈两端，当流过线圈中的电流消失时，线圈产生的感应电动势通过二极管

5、和线圈构成的回路做功而消耗掉。丛而保护了电路中的其它原件的安全。电容C9与C6在电路中起到了阻直流通交流的作用。电流通过这两个电容再流到变压器进行变压。光电耦合器IC1和IC2在电路中起到了阻断信号源跟信号接收方的电气连接的作用。电路图下部分都是起到滤波的作用。型号KLB608称为桥堆，其实就是桥式整流器的组合。电解电容C1,C2，C3和电容C4都起到了滤波的作用，不同的是C1,C2，C3是对低频信号进行滤波而C4是对中频信号进行滤波。技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号 1.面板设有输出强度条形装置，也有独特的频率和输出强度交替数字显示装

6、置可选配；2.设有强度可调的扫频功能，以不断改变清洗槽中的声场分布，避免工件表面的线状空化蚀刻纹路的产生，也使工件表面的污物迅速脱落，提高清洗效果；3.设有功率调节功能，采用先进的功率调节线路，实现超声功率无级平滑调节，克服了通过调节频率来间接的调节功率这种传统方法所带来的诸多弊病；4.具有防共震功能，克服了传统发生装置在工件表面易产生纹路而损坏工件，也避免了因因空化而击穿槽体的缺点；5.具有排斥污垢功能，使污垢迅速脱离工件浮于表面，适合于溢流循环方式清洗。6.具有过热保护功能，能够很好的保护发生装置不被损坏。 超声波发生装置，通常称为超声波发生源，超声波电源。它的作用是把我们的市电（220V

7、或380V，50或60Hz）转换成与超声波换能器相匹配的高频交流电信号。发生装置的原理是首先由信号发生装置来产生一个特定频率的信号，这个信号可以是正弦信号，也可以是脉冲信号，这个特定频率就是换能器的频率，一般应用在超声波设备中的超声波频率为20KHz、25KHz、28KHz、33KHz、40KHz、60KHz。 超声波发生装置应有反馈环节，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，我们知道当发生装置的供电电源（电压）发生变化时。发生装置的输出功率也会发生变化，这时反映在换能器上就是机械振动忽大忽小，导致清洗效果不稳定。因此需要稳定输出功率，通过功率反馈信号相应调整功率放大器，使得功

8、率放大稳定。第二个是提供频率跟踪信号。当换能器工作在谐振频率点时其效率最高，工作最稳定，而换能器的谐振频率点会由于装配原因和工作老化后改变，当然这种改变的频率只是漂移，变化不是很大，频率跟踪信号可以控制信号发生装置，使信号发生装置的频率在一定范围内跟踪换能器的谐振频率点。让发生装置工作在最佳状态。当然随着现代的电子超声技术，特别是微处理器(uP)及信号处理器(DSP)的发展，发生装置的功能越来越强大，但不管如何变化，其核心功能应该是如上所述的内容，只是每部分在实现时超声波技术不同而已。模拟图 为了制作超声波清洗机发生装置的电板，我们的第一步必须要找到所有的元器件，在这期间，我们发现，它的品种繁

9、多，千差万别，很难找齐全，我们便通过各种元器件的并联，串联以及各种三极管的替代来进行各项搭配，最终使之完成，下面来介绍一下我们所用到的元器件，以及各种元器件的组合。 需要元件：变压器（3个）；二极管：型号1N915（5个）型号1N4003（1个）和2个发光二极管；电容：5个1uF，2个1000uF，1个470uF，1个0.01F；2个NPN三极管；2个继电器；2个光电耦合器；2个电感；电阻：4个10K欧姆，4个0.33K欧姆，2个68K欧姆，2个3.3K欧姆。注意事项：送锡：在送锡的过程中，我们要了解不能将锡送成一条直线，而是一个点一个点，这样做的优点在于，一方面不易使锡将插点给封闭住，另一方

10、面，也可以减少锡的浪费。飞线：这是极其困难与重要的一部分，我们得照顾以下四个方面。第一：我们得自己事先将原来的图重新规划，不仅要尽量缩减版面，还要尽量使线与线之间的距离保持短，而且要保证他们不交叉，如果实在要交叉也需要事先做好解决方案，因为这一旦开始焊接，如果出错，那么则前功尽弃，模拟板也没有用了。第二：我们在遇到线与线交叉的时候，要注意是不是可以交叉，可以的话直接过去，不可以的话需要加一个绝缘体，也就是飞线上的一层塑料皮。第三：我们在送锡的过程中应当给外小心，因为格局小，所以送锡量不能大，一大的话也许就会与其他元件相连接。第四：我们要注意各个元器件的正负级，一旦出错，后果严重。清洗效果好 运

11、用于工业清洗的清洗方式一般为人工清洗,有机溶剂清洗，蒸汽气相清洗，高压水射流和超声波清洗机。超声波清洗被国际公认为是当前效率最高，效果最好的清洗方式，其清洗率达到了98%以上，清洗清洁度也到达了最高级别。而传统的人工清洗和有机溶剂清洗的清洗效率仅仅为60%70%，即使是气相清洗和高压水射流清洗的清洗效率也低于90%。不论工件形状多复杂，将其放入清洗液内，只要是能接触到液体的地方，超声波的清洗作用都能达到。尤其是对于形状和结构复杂，人工及其它清洗方式不能完全有效的进行清洗的工件，具有显著的效果。清洗时液体内产生的气泡非常均匀，工件的清洗效果也非常理想。超声波清洗机可根据溶剂的不同达到不同的效果，

12、如：除油，除绣或磷化。配合清洗剂的使用，加速污染物的分离和溶解，可有效防止清洗液对工件的腐蚀。 在所有清洗方式中，清洗成本大体为：设备成本和消耗成本。超声波清洗设备使用寿命约为十年，设备购置成本高于人工清洗和有机碱性溶剂刷洗，低于气相清洗和高压水射流清洗，对于消耗成本，以有效尺寸为600400350立方毫米，功率为kW，价格约为1万元的超声波清洗机为例，耗电1kWh约为0.5元；碱性金属清洗剂1kg,价格约为20元，可反复使用2050h(根据污染程度而定），相当于0.41元h，而一般工件清洗时间仅315min即可，且一次清洗可对一定数量及体积的工件同时清洗，因此对于消耗成本而言，采用超声波清洗

13、，不仅清洗效果最好，而且清洗成本相当于不要0.04元件，还不算节省的劳动力成本，远远低于其他各类清洗方法。 以往在肮脏的环境中通过繁重的体力劳动，需要长时间地进行手工清洗的复杂机械零件，应用了超声波清洗机以后，不仅改善了劳动环境，杜绝了手工清洗对工件产生的伤害，减轻了劳动强度，而且在大幅提高清洗精度的基础上，清洗时间缩短为原来的四分之一。超声波清洗还可有效地降低污染，减少有毒溶剂对人类的损害。超声波强度 即单位面积的超声功率。超声清洗的效果好坏取决于空化作用，但空化作用的产生与超声波强度有关，在通常情况下，在单位面积超过0.3W超声功率时（输入电功率为1W）。超声波强度越大，空化作用越明显，清

14、洗作用越好。另外，根据不同的清洗对象，选择适当的超声波强度，如清洗电路板时超声强度可低些，清洗机械零件时超声波强度可高些。 空化作用还与超声波频率有关，空化的产生存在着一个最小的临界幅度，即空化是随着频率的升高而降低的。目前超声波清洗机的工作频率根据清洗对象，大致分为三个频段：低频超声清洗（2050kHz）高频超声清洗（50200kHz）和兆赫超声清洗（7001000kHz）。低频超声清洗适用于大部分表面或者污物和清洗表面结合强度的场合；高频超声波清洗适用于计算机微电子原件的精细清洗。如磁盘驱动器读写头液晶玻璃及平面显示器微组件和抛光金属件等的清洗：兆赫超声清洗适用于集成电路芯片硅片及薄膜等清

15、洗。 清洗济的选择要从两个方面考虑，一方面要从污物的性质来选择化学作用效果好的清洗机：另一方面要选择表面张力蒸汽压及粘度合适的清洗剂。因为这些特性与超声空化强弱有关。液体的表面张力大则不容易产生空化，但是当声强超过空化阈值时，空化泡崩溃释放的能量也大，有利于清洗。高蒸汽压的液体会降低空化强度，而液体的粘滞度大也不容易产生空化，因此蒸汽压高和黏度大的清洗剂都不利于超声清洗。 清洗温度升高时，对空化的产生有利，但是温度过高气泡中的蒸汽压增大，空化强度会降低，所以温度的选择要考虑对空化强度的影响也要考虑清洗液的化学清洗作用。每一种液体都有一空化活跃的温度，水较适宜的温度是60度左右，此时空化最活跃。

16、 清洗槽是有限空间，超声波由声源向液面传播时，在液体的气体的交界面会反射回来而形成驻波。驻波的特征是在液体空间的某些地方声压最小，而在另外一些地方声压最大，这样会造成清洗不均匀的现象。要减少驻波的影响有时清洗槽特意做成不规则的形状以避免驻波的形成。有时在超声电源方面采取扫频的方式，使声压最小处不固定在一个地方，而是不断地移动以达到较均匀的清洗。超声波清洗机技术 经过几十年来的理论探讨和应用研究，无论在设备还是在工艺上均取得了较大的发展，有关单位相继研发了一大批新的产品，也制订出了一些先进典型的清洗工艺。 对于像硅片表面小至零点几微米的超微污物粒子，常规的超声波清洗机器无能为力，即使增加功率密度

17、也无济于事。近来发展了一种兆赫兹级的高频超声清洗技术，由于频率高，空化效应已不起作用，因此清洗的关键不是气泡，是高频压力波的擦洗作用，其对污物的去除率接近百分百。高频清洗近来发展较快，主要用于超大规模集成电路芯片上的污物清洗，以及硅晶片、陶瓷、光掩模等特种污物的清洗。 对于像纺织行业的喷丝板、过滤器之类微孔物件的清洗，常规的超声清洗效果十分不理想，声强达不到要求，而采用机械扫描聚焦式超声清洗，喷丝板微孔中的污物脱离则十分明显。聚焦式清洗要求达到高的声强，目前选用的频率以低频为主，常用20kHZ和15kHZ两种频率，个别的频率也有28kHZ的，其电功率在连续波情况下一般为500700W，间隙脉冲

18、工作状态下，功率可高一些。 即在一只清洗槽中，安装有两种或三种以上不同频率的换能器，由多只发生装置分别推动各自频率的换能器。我们知道，清洗器工作频率高时，在液体中空化强度低而空化密度大，而工作频率低时则相反。低频超声波的强度高，对物体表面清洗有利，高频超声波空化密度高，冲击波能穿达凹槽、细缝、深孔等细微结构。同时缸中有多种频率的超声波，也克服了单频清洗驻波场造成的清洗不均匀问题。 扫频和跳频清洗都是为了改善槽中的声场结构，前者解决了槽中的不均匀驻波场，使清洗均匀。而跳频和多频一样兼顾到高低频清洗，不同的是跳频用的是一个换能器和一个发生装置，其换能器本身有两个谐振频率，在第一谐振点宽带内作连续的频率变化，然后跳到另一宽带内进行扫频清洗，是高低频交替进行清洗。 这次项目设计的圆满的完成，得益于老师的指导和小组成员的辛勤努力，通过在网络上搜索相关资料，老师的解答和同学之间的相互讨论交流解决了很多问题。就例如操作protel软件,我们这一小组遇到了很多的问题，但不管怎么样，我们还是完成了任务。 在整个项目制作过程中，我们首先要感谢我们的指导老师刘老师，没有刘老师的不辞辛苦的解答与帮助，仅凭我们的知识是很难圆满这次项目的。在老师的帮助下，我们弄懂了很多关于超声波清洗机的原理，这些在我们制作项目中起了很大的作用。 任何的付出终究是有回报的，我相信我们这一小组的项目将会得到满意的结果。