Реферат: Ультразвук и его применение
Кпд пьезоэлектрических преобразователей достигает 90%, интенсивность излучения – несколько десятков Вт/см2 . Для увеличения интенсивности и амплитуды колебаний используют УЗ-вые концентраторы. В диапазоне средних УЗ-вых частот концентратор представляет собой фокусирующую систему, чаще всего в виде пьезоэлектрического преобразователя вогнутой формы, излучающего сходящуюся волну. В фокусе подобных концентраторов достигается интенсивность 105 -106 Вт/см2 .
Приемники ультразвука.
В качестве приемников ультразвука на низких и средних частотах чаще всего применяют электроакустические преобразователи пьезоэлектрического типа. Такие приемники позволяют воспроизводить форму акустического сигнала, то есть временную зависимость звукового давления. В зависимости от условий применения приемники делают либо резонансными, либо широкополосными. Для получения усредненных по времени характеристик звукового поля используют термическими приемниками звука в виде покрытых звукопоглощающим веществом термопар или термисторов[4] . Интенсивность и звуковое давление можно оценивать и оптическими методами, например по дифракции света на УЗ.
рименение ультразвука.
Многообразные применения УЗ, при которых используются различные его особенности, можно условно разбить на три направления. Первое связано с получением информации посредством УЗ-вых волн, второе – с активным воздействием на вещество и третье – с обработкой и передачей сигналов. При каждом конкретном применении используется УЗ определенного частотного диапазона (табл. 1). Расскажем лишь о некоторых из многочисленных областей, где нашел применение УЗ.
Ультразвуковая очистка.
Качество УЗ очистки несравнимо с другими способами. Например, при полоскании деталей на их поверхности остается до 80% загрязнений, при вибрационной очистке – около 55%, при ручной – около 20%, а при ультразвуковой – не более 0,5%. Кроме того, детали, имеющие сложную форму, труднодоступные места, хорошо можно очистить только с помощью ультразвука. Особое преимущество УЗ-вой очистки заключается в ее высокой производительности при малой затрате физического труда, возможности замены огнеопасных или дорогостоящих органических растворителей безопасными и дешевыми водными растворами щелочей, жидким фреоном и др.
Ультразвуковая очистка – сложный процесс, сочетающий местную кавитацию с действием больших ускорений в очищающей жидкости, что приводит к разрушению загрязнений. Если загрязненную деталь поместить в
Таблица 1
| Применения | Частота в герцах | ||||||||||
|
103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 | |||||||||||
| Получение информации | Научные исследования | в газах, жидкостях | ggggggggggggggg | ||||||||
| в твердых телах |
gggggggggggggggg | ||||||||||
| О свойствах и составе веществ; о технологических процессах | в газах |
ggggg | |||||||||
| в жидкостях |
gggggg | ||||||||||
| в твердых телах | gggggggggggggg | ||||||||||
| гидролокация | gggggg | ||||||||||
| УЗ дефектоскопия | ggggggggg | ||||||||||
| контроль размеров | ggggg | ||||||||||
| Медицинская диагностика | gggg | ||||||||||
| Воздействие на вещество | Коагуляция аэрозолей | ggg | |||||||||
| Воздействие на горение | ggg | ||||||||||
| Очистка | gg | ||||||||||
| Воздействие на химические процессы |
gg | ||||||||||
| Эмульгирование | gggggggg | ||||||||||
| Диспергирование |
g | ||||||||||
| Распыление | gg |
gg | |||||||||
| Кристаллизация |
g | ||||||||||
| Металлизация, пайка |
g | ||||||||||
| Механическая обработка |
gg | ||||||||||
| Сварка |
gg | ||||||||||
| Пластическое деформирование |
g | ||||||||||
| Терапия | ggg | ||||||||||
| Хирургия | gg | ggg | |||||||||
|
Обработка сигналов | Линии задержки | gggggggggggg | |||||||||
| Фильтры | gggggggggggg | ||||||||||
| Акустооптические устройства |
ggggggggggggg | ||||||||||
| Преобразователи сигналов в акустоэлектронике |
ggggggggg | ||||||||||
жидкость и облучить ультразвуком, то под действием ударной волны кавитационных пузырьков поверхность детали очищается от грязи.
Серьезной проблемой является борьба с загрязнением воздуха пылью, дымом, копотью, окислами металлов и т.д. Ультразвуковой метод очистки газа и воздуха может применяться в существующих газоотводах независимо от температуры и влажности среды. Если поместить УЗ-вой излучатель в пылеосадочную камеру, то эффективность ее действия возрастает в сотни раз. В чем сущность УЗ-вой очистки воздуха? Пылинки, которые беспорядочно движутся в воздухе, под действием ультразвуковых колебаний чаще и сильнее ударяются друг о друга. При этом они сливаются и размер их увеличивается. Процесс укрупнения частиц называется коагуляцией. Улавливаются укрупненные и утяжеленные частицы специальными фильтрами.
Механическая обработка сверхтвердых
и хрупких материалов.
Если между рабочей поверхностью УЗ-вого инструмента и обрабатываемой деталью ввести абразивный материал, то при работе излучателя частицы абразива будут воздействовать на поверхность детали. Материал разрушается и удаляется при обработке под действием большого числа направленных микроударов (рис. 4).
|
Кинематика ультразвуковой обработки складывается из главного движения – резания, т.е. продольных колебаний инструмента, и вспомогательного движения – движения подачи. Продольные колебания являются источником энергии абразивных зерен, которые и производят разрушение обрабатываемого материала. Вспомогательное движение – движение подачи – может быть продольным, поперечным и круговым. Ультразвуковая обработка обеспечивает большую точность – от 50 до 1 мк в зависимости от зернистости абразива. Применяя инструменты различной формы можно выполнять не только отверстия, но и сложные вырезы. Кроме того, можно вырезать криволинейные оси, изготавливать матрицы, шлифовать, гравировать и даже сверлить алмаз. Материалы, используемые в качестве абразива – алмаз, корунд, кремень, кварцевый песок.
Ультразвуковая сварка.