小型雙缸超聲清洗器的製作方法
2023-05-17 15:53:31
專利名稱：小型雙缸超聲清洗器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種超聲技術的應用，具體的是對超聲清洗器的一種改進。
現有的超聲清洗器，由於選用的頻率一般為17KC～33KC，空化噪聲涉及人耳接受的聲頻範圍，要產生較嚴重的噪聲汙染，同時，在外型上多屬中型的且是單缸的，用途方面，主要用於工業清洗。
本實用新型的目的在於提供一種用於清洗小批量精密元件如微型軸承、光學鏡頭、鐘錶及金銀首飾、眼鏡等小件物品的小型的、操作方便的雙缸超聲清洗器。
本實用新型是這樣實現的它由超聲信號發生器、超聲換能器、清洗容器、機殼及電源幾部分組成，其中超聲信號發生器的電路結構是由整流器、振幅調製、開關功放，匹配網絡、與反饋跟蹤電路五部分構成的一閉環自激式功率振蕩電路，它與兩隻超聲換能器同置於機殼中，機殼上方配置有兩隻清洗容器，構成雙缸結構。
本實用新型的優點在於1.在電路結構上，由於省去了電源變壓器，不僅減輕重量、縮小體積，降低成本，而且，可以節電10％；採用差動變量器橋式頻率跟蹤電路，易於實現，跟蹤可靠，且工作穩定；採用準開關功放電路，提高集電極效率90％以上；採用振幅調製，可提高清洗效果，以上技術特徵均使本實用新型具有小型、高效、可靠的以及操作簡便的良好性能；2.在整機結構上，採用了「浮置法」，隔離帶電部件，確保操作安全；採用雙缸結構，洗滌、漂洗二道工序交替進行，操作方便，節省時間；3.在頻率上，選用了較高的頻率(40千赫)、降低了噪聲汙染，且提高了清洗效果；4.工作方式上，有連續工作與0－30分鐘的可調定時工作方式，便於根據清洗工藝的需要而選擇最佳定時。
本實用新型的詳細結構由給出的實施例附圖予以描述
圖1為本實用新型的電路工作原理圖；圖2為本實用新型的電路結構圖；圖3為本實用新型的反饋跟蹤電路圖；圖4為本實用新型的外型雙缸結構。
圖1與圖2的對應部件與其工作原理如下
圖1中的「整流器」即圖2中由二極體D5，D6，D7，D8組成的橋式整流電路，由它直接對50Hz、220V電網電壓進行整流，用作功放電路的直流電源。電容C1跨接於電源線輸入端，以抑制電網脈衝電壓幹擾，保護功率管。
圖1中的「振幅調製電路」由圖2中的電容C5，C6及電阻R5，R6組成。C5，C6並聯在整流電路的輸出端，實際上是濾波電容，但其電容量取得較小時，輸出直流電壓(即功放管的集電極電壓)將按一定幅度脈動，從而實現對換能器振幅的調製。R5、R6分別與C5、C6並聯，目的在於使C5、C6上承受的直流電壓相等。
圖1中的「開關功放電路」由圖2中的功率管BG1、BG2，二極體D1、D2、D3、D4及電阻R1、R2、R3、R4，電容C3、C4組成，其中，一對高反壓大功率矽管BG1，BG2串聯聯結，組成半橋式推挽電路，它與自輸出變壓器中心抽頭供電的推挽電路相比，在相同的電源電壓下，管子承受的反向電壓可降低一半，從而降低了選管的耐壓指標。引自跟蹤電壓的反饋電壓 f1和 f2分別正、反饋至BG1，BG2的基極。 f為近似的正弦電壓。電路的設計保證 f足夠大，使功率管BG1BG2處於過激狀態。此時，兩管在同一個周期的大部分時間內工作在開關狀態(即飽和導通和截止狀態)，即所謂準開關狀態。R1、R2、R3、R4，C3，C4和D1D2組成偏置電路。R3，R4的作用是使兩管在開機時有足夠的電流放大係數，以確保系統起振，故不宜取得過大，但亦不宜取得過小，否則其附加功耗增加。偏置元件參數的選取對正弦激勵下的準開關模式功放電路的效率影響頗大。實驗表明，設計和調整得當，集電極效率可高於90％，由於準開關電路的電晶體工作在過激勵、大電流狀態，故要求其開關參數儘可能短些，飽和壓降儘量小些，以確保高的效率。
由於功率電晶體的故障率隨溫升而上升，當輸出到換能器的電功率一定時，功放效率的提高，不僅節省了電源功率，而且減少了管耗及溫升，故而有利於管子的安全工作，提高了整機的可靠性。本電路功率管功耗(雙管、典型值)小於5W，散熱器熱阻為2.5℃／W，溫升小於10℃。
圖1中的「反饋跟蹤電路」由圖2中的差動變量器Tf及電容C7與換能器T1或T2組成橋式自動頻率跟蹤電路。換能器T1與T2通過一工作開關K切換與差動變量器的一端相接。它的工作原理由圖3給出，圖中，虛線框為一換能器在共振頻率附近的等效電路圖；其中，C0為換能器電學臂的電抗分量；R為機械臂的動生阻(等於聲輻射阻RL與機械損耗阻Rm之和)；Lm和Cm分別為動生電感和動生電容；C7為補償電容，W1、W2和W3分別為Tf的初、次級繞組匝數。
圖3所示的工作原理主要是利用電橋平衡原理補償換能器電學臂的電抗分量；藉助差動變量器Tf提取與換能器機械臂振蕩電流Im成正比的反饋電壓，使閉環系統在換能器的機械臂串聯共振頻率上自振。(這裡，換能器既是自振系統的負載，又是選頻元件)。
也就是說換能器、補償電容C7和W1，W2分別構成電橋的四臂。假定，R＝∞，此時，若滿足條件W1
1＝W2
2，電橋獲得平衡，次級繞組W3的反饋電壓
f＝0。此平衡條件又可表示為C0／C7＝W2／W1＝N一般情況下，R≠∞，流經機械臂的電流
m使電橋失去平衡，W3上得感應出僅與換能器機械臂振蕩電流
m成比例的反饋電壓
f
f＝
m (W1)/(W3) Rin式中，Rin為自振系統的輸入電阻。顯然，僅當系統的自振頻率等於換能器的共振頻率時，機械臂呈純阻(R)，
m最大，反饋最強。即系統在換能器共振頻率上自振。(因壓電陶瓷換能器的介電損耗一般很小，故其電學臂實部可不予補償)。
本電路的優點在於反饋電壓在很寬頻段內僅與機械臂的振蕩電流有關，使跟蹤可靠，失調較小。
圖1中的「匹配網絡」由圖2的電感L2L3，電容C8及輸出變壓器T0組成。通過匹配網絡，可使功放電路獲得最大效率，並使功放電路向換能器輸出額定的電功率。這是因為功放輸出為近似方波電壓，故其高(奇)次諧波佔有相當大的比重，如直接饋入換能器，勢必引起電晶體和換能器損耗增大。電壓換能器的輸入阻抗隨諧波頻率的升高而減少，故而功放內阻上的高次諧波損耗增大。因此為提高集電極效率，這裡採用串並聯諧振匹配網絡，圖2中L2，C8及L3，CP(CP＝C0＋C7)分別調諧在換能器的諧振頻率上。L2，C8組成串聯濾波器，旨在減少集電極的諧波損耗；L3用以調整負載的基波的功率因數，使COSφ1＝1如本實用新型實施例所採用的換能器功率因數角φ1＞45°，COSφ1＜0.71，故此項調整對提高集電極效率是很重要的。
再是，功率匹配是藉助於改變輸出變壓器T0的變比n來實現的n＝
，式中R為換能器等效負載電阻，RL為輸出額定功率(50W)所要求的集電極負載電阻，ηT為變壓器的效率，一般取0.85～0.90。
圖1中的「換能器」由圖2的T1、T2給出，N1、N2為指示氖燈泡，換能器採用夾心式結構，由鋯酸鈦酸鉛壓電陶瓷片，鋁合金耦合塊及鋼反射塊三部分組成。
圖4為本實用新型的外型雙缸結構圖整個電路結構與換能器置於機殼中，機殼的上方配置有兩隻清洗缸，清洗缸為不鏽鋼製品，其底部與換能器輻射面相粘接，清洗缸內盛放清水，可再置入盛有清洗液的玻璃杯，被清洗件放入玻璃杯的清洗液中清洗，水髒了易於調換，並不致腐蝕不鏽鋼清洗缸。亦可選用聚苯乙烯或聚丙烯作清洗容器，其透聲率較好，但化學穩定性不如玻璃。
本實用新型由於電路結構上採用了整流器直接供電，省去了工頻變壓器，故功放部分元件和線路均與電網火線相通，因此，在工藝上，採用「浮置法」使帶電部分與清洗缸，機殼隔離，確保高頻變壓器初、次級間及繞組、磁芯之間絕緣良好，最後，整機外殼通過單相三腳插頭座可靠接地。
本機面板上有兩隻調節旋鈕，左邊一隻為工作開關，其上標「左」即左邊清洗缸工作，「右」即右邊清洗缸工作，使清滌、漂洗交替進行；右邊一隻旋鈕，即選擇連續工作狀況或定時工作狀況，定時範圍為0～30分鐘，可根據清洗件的需要選取量佳定時。
本實用新型選擇的超聲工作頻率為40KC，這對清洗幾何形狀複雜的精密元件是有利的，同時，降低了空化噪聲的汙染。
本實用新型實施例整機外形尺寸為280×210×170釐米，重量為3.7公斤，清洗缸容積為φ100×50(毫米)，不鏽鋼缸二隻，φ80×165(毫米)，玻璃燒杯二隻，超聲換能器上電功率50瓦(±10瓦)。
權利要求1.一種小型雙缸超聲清洗器，涉及一種超聲應用技術，它包括殼、電源、超聲信號發生器、超聲換能器，及清洗容器，其特徵在於超聲信號發生器由整流器、振幅調製電路、準開關功率放大器，匹配網絡及反饋跟蹤電路構成一閉環自激式功率振蕩電路；超聲換能器與相配置的清洗容器為雙缸結構。其中整流器由D5～D8構成橋式整流電路；振幅調製電路由電容C5、C6及電阻R5、R6組成，C5C6並聯在整流電路的輸出端，R5R6分別與C5C6並聯；準開關功率放大器由功率管BG1BG2串聯組成半推換電路，R1-R4，C3C4和D1D2構成它的偏置電路；匹配網絡包括L2L3C7C8及輸出變壓器T0，L2C8串接於變壓器T0輸入端、再與C7、L3並聯電路串接；反饋跟蹤電路由差動變量器Tf及電容C7與換能器組成橋式頻率跟蹤電路。
專利摘要一種小型雙缸超聲清洗器，涉及一種超聲應用技術，其技術特徵在於超聲信號發生器採用一新型的閉環自激式功率振蕩電路，超聲換能器與清洗缸為雙缸結構，為此，使它具有小型、高效、可靠且操作方便的優良性能，採用雙缸結構，便於洗滌、漂洗交替進行，本實用新型用於清洗小批量的精密元件，如微型軸承、光學鏡頭，尤其是日益繁多的金銀首飾、珠寶鑽石、鐘錶眼鏡等，它實為商店、賓館、醫院、工廠、實驗室一種高效、理想的清洗工具。
文檔編號B08B3/12GK2042381SQ89211389
公開日1989年8月9日 申請日期1989年1月21日 優先權日1989年1月21日
發明者張鏡澄, 凌鴻烈 申請人:中國科學院東海研究站