Ультразвуковой излучатель 40 кГц, керамический, как его заставить излучать полную мощность? Опции

[Demeny]

Решил сделать себе ультразвуковую ванну для разного рода работ (отмывка плат и т. п.). Купил ультразвуковой излучатель на 40 кГц - как выяснилось с помощью тестера - он представляет собой просто керамический диск с посеребренными металлическими пластинками с двух сторон, т. е. по сути обычный конденсатор.
Допустим, я сделаю генератор 40 кГц, ну что-нибудь типа мультивибратора на 2 транзисторах, подключу выход к этому диску. Как эмпирически оценить мощность, излучаемую этим девайсом ? Скажем, изменяя частоту генератора, найти резонансную частоту более точно ?
Какова должна быть частота и мощность излучения для эффективной отмывки плат, например ?
Может быть, кто-то уже собирал нечто подобное и поделится опытом?

[Mike]

В таких изделиях важны не только параметры электрического управления но и механтческое приссоединение кристалла к ванночке, вы должны передать всю мощность от переднего края излучателя и поглотить всю мощность излучаемую задней стороной излучателя (Ну или переизлучить её в фазе совпадающей с фазой передней поверхности излучателя). Электрически вам надо подобрать частоту равную частоте излучателя а амплитуду сигнала равную максимально допустимой для этого кристалла (обычно это указывается в паспорте).

[nsemenoff]

Допустим, я сделаю генератор 40 кГц, ну что-нибудь типа мультивибратора на 2 транзисторах, подключу выход к этому диску.

1. Это в самом деле пьезоэлектрический излучатель. Его можно использовать в обратной связи у генератора, и тогда у тебя не будет проблем с поиском резонансной частоты.
2. для получения максимальной мощности излучения необходимо дополнить этот чисто емкостной излучатель индуктивной обвеской, и тогда излучаемая мощность окажется вещественной, то есть потенциальной работой по колебанию ванночки
3. оценить излучаемую мощность можно аналитически через параметры полученного LC-фильтра, а можно и эмпирически, измерив ток, протекающий через излучатель и напряжение. Важно учитывать фазу колебаний тока и напряжения (в идеале они должны быть равны).
Почитать можно Смарышева "Гидроакустические преобразователи". У него это хорошо было описано, и были приведены эквивалентные схемы всех этих излучателей.
Например, для увеличения амплитуды колебаний ставили несколько таких излучателей один на другого, чтобы амплитуда суммировалась....

[Demeny]

1. Это в самом деле пьезоэлектрический излучатель. Его можно использовать в обратной связи у генератора, и тогда у тебя не будет проблем с поиском резонансной частоты.

А можно навскидку схемку где-нибудь глянуть для такого подключения ?

2. для получения максимальной мощности излучения необходимо дополнить этот чисто емкостной излучатель индуктивной обвеской, и тогда излучаемая мощность окажется вещественной, то есть потенциальной работой по колебанию ванночки

Не очень понятно. Мощность будет выделяться и на индуктивности, и на ёмкости. Индуктивность тоже надо будет в воду погружать ? Что-то подсказывает мне, что мощность, выделенная на ёмкости, будет чисто реактивной... Или я не прав?

3. оценить излучаемую мощность можно аналитически через параметры полученного LC-фильтра, а можно и эмпирически, измерив ток, протекающий через излучатель и напряжение. Важно учитывать фазу колебаний тока и напряжения (в идеале они должны быть равны).
Почитать можно Смарышева "Гидроакустические преобразователи". У него это хорошо было описано, и были приведены эквивалентные схемы всех этих излучателей.
Например, для увеличения амплитуды колебаний ставили несколько таких излучателей один на другого, чтобы амплитуда суммировалась....

Да, верно, я так и хочу сделать, вывести ток и напряжение на два луча осциллографа и посмотреть сдвиг по фазе. А ссылку на книжку не подскажете, если таковая есть в электронном виде. Что-то у Смарышева вообще такой не нашел...

[ogurets]

Привет!
Может пригодятся статейки разные
http://www.platan.ru/shem/index.html
Ультразвуковая очистка. Теория и практика

http://www.utinlab.ru/pages.html

http://forum.ixbt.com/topic.cgi?id=48:4543

книги
http://www.umup.narod.ru/#books_acoust

Акустика,ультразвук

Чедд Г.Звук.1975 (3.8M) 1
Основы физики и техники ультразвука.Б.А.Агранат.1987 (3.5M) 1
Боббер Р.Дж.Гидроакустические измерения.1974 (4.5M) 1
Майер В.В.Простые опыты с ультразвуком.1978 (2.5M) 1
Пирсол И.Кавитация.1975 (1.4M) 1
Алешин Н.П.Ультразвуковая дефектоскопия.1987 (2.9M) 1
Красильников В.А.Введение в физическую акустику (0.9M) 1
Everest F.A.The master handbook of acoustics.2001 (5M) 1 2



и вообще, гугль - это хорошо

[Demeny]

Привет!
Может пригодятся статейки разные

Спасибо, пригодилось. Особенно Майер "Опыты с ультразвуком" - просто, доходчиво. Правда, там только ферритовые излучатели рассматриваются (эффект магнитострикции), а у меня пьезокерамический. Но суть одна - прикладываем электрическое(магнитное) поле -> получаем механическое смещение.
Неясно одно - керамический излучатель по сути есть конденсатор. Как известно, ток в конденсаторе опережает напряжение всегда на 90 градусов. Как же получится в точке резонанса совпадение фаз тока и напряжения (и максимум выделенной активной мощности) на резонансной частоте?
И ещё. Напряжение какого порядка нужно будет приложить к керамическому диску? 10-15 или сотни вольт?

[ogurets]

цитата из второй странички топика http://forum.ixbt.com/topic.cgi?id=48:4543 , автор Jevgenij

'К стати имею промышленную ванну ультрозвуковую для стерилизации мед инструмента (ремонтирую), схема очень простая . В основе полумостовой генератор на мс IR2153S далее 2 полевика IRF830 и через дроссель сигнал подается на излучатель'

по-моему - хороший пациент для опытов - суперпросто (смотри дш и ап. нотесы от IR), хотя если если баловаться выпрямленным сетевым в недистиллированной воде - хз. Но ничто не мешает подключать излучатель через трансформатор. А так - простой нерегулирумый импульсный блок питания.

[Stanislav]

1. Это в самом деле пьезоэлектрический излучатель. Его можно использовать в обратной связи у генератора, и тогда у тебя не будет проблем с поиском резонансной частоты...

Это верно. Такие излучатели сами являются колебательными системами, имеющими вполне определённые значения частот резонанса.
Для решения данной задачи, как мне кажется, подойдёт наилучшим частота последовательного резонанса излучателя.

...2. для получения максимальной мощности излучения необходимо дополнить этот чисто емкостной излучатель индуктивной обвеской, и тогда излучаемая мощность окажется вещественной, то есть потенциальной работой по колебанию ванночки.

А это, простите, неверно. На частотах резонанса излучатель представляет собой чисто активное сопротивление. И минимальным оно будет именно на частоте последовательного резонанса, поэтому она является предпочтительной (требуется минимальное напряжение, чтобы закачать в излучатель требуемую мощность).
Если на излучатель будет подаваться не синусоидальное напряжение, а "прямоугольник" или псевдосинус (ШИМ), то последовательный дроссель, конечно, нужен, для заграждения токов с частотой выше резонансной.
Расчёт нужно делать, исходя из эквивалентной схемы излучателя. Поищите по форуму, уже было, правда, для воздуха.

ЗЫ. "Потенциальной" работа не бывает.