超声波清洗器设计方案报告.doc

超声波清洗器毕业设计

（论文题目）

专 业 电子信息工程_ _
年级班别_电子152____ _ ______
学 号
姓 名_郑佳伟___ ___ _______
指引教师_杨全会_____ ____________

12 月 28 日

摘要
超声波清洗始于20世纪50年代初，随着技术进步应用日益扩大。当前已广泛 地用于电子电器工业清洗半导体器件、电子管零件、印刷电路、继电器、开关和滤波器等；机械工业中用于清洗齿轮、轴承、油泵油嘴偶件、燃油过滤器、阀门及其她机械零件，大如发动机及导弹部件，小如手表零件；再如光学和医疗器械方面用于清洗各种透镜、眼镜及框、医用玻璃器皿、针管和手术器具等；本次设计超声波清洗机重要应用于家庭中厨具和某些难洗生活用品。该产品是一种机电产品，通过压电陶瓷材料做成超声波换能器将超声频电振荡转变成机械振动，在液体中产生超声波振动进行清洗。运用超声波可以穿透固体物质而使整个清洗介质振动并产生空化气泡，该清洗方式对任何生活用品不存在清洗不到死角，且清洗干净度非常高。这种新一代潮流家电，可以使人们从繁琐家务劳动中解脱出来。

核心词 超声波、清洗器、高频、振荡器
一、超声波清洗机原理与特点

声波清洗器涉及重要三个构造：超声波发生器、换能器和清洗槽。超声波清洗机原理为超声波发生器发出高频振荡信号，而换能器将超声频电能转换成机械高频振动并通过清洗槽壁向盛在槽中清洗液来辐射超声波。超声波在清洗液中持续，疏密相间向前辐射，从而使液体流动而产生直径为50-500mm数以万计微小气泡，存在于液体中微气泡，此微气泡就被称为空化核，在声波作用下振动，在超声波纵向传播负压区这些气泡得以形成、生长，而在正压区，当声强或声压达到一定值时，气泡就会迅速增长，然后瞬间闭合。在气泡闭合时，就会产生冲击波，并且在气泡周边产生上千个大气压压力以及局部高温，这种现象被称为超声空化。在超声清洗过程中是通过破坏不溶性污物，并且使她们分散并扩散在清洗液中，当团队粒子被油污裹着而黏附在清洗件表面时，固体粒子及脱离，油被乳化，从而达到清洗件净化目。这个过程被称之为“空化”效应过程。即空化作用就是超声波以每秒两万次以上减压力和压缩力交互性高频变换方式向液体进行透射。在减压力作用时，在液体中真空核群泡现象产生，而在压缩力作用时，真空核群泡受压力压碎时产生强大冲击力，从而以此剥离被清洗物表面污垢。

二、设计方案
（1）实验准备
本次超声波清洗器为一款简朴可靠小型家用，成本较低。本次超声波清洗器，通过电子市场采购元器件、万能板、变压器、导线、换能器等。
（2） 实验设计
简易超声波清洗器电路由超声波发生电路和放大电路构成，用以驱动超声波换能器工作，从而对污渍进行接触式振荡清洗。振荡电路采用555时基集成电路，这是人们再熟悉但是了，在这里振荡频率采用可调节方式。5553脚正常输出为方波，用于超声波换能时正弦波比较好，因而采用积分和滤波电路将方波转换成正弦波，通过VT1前置放大和VT2电压放大，足以推动下一级功率放大。为了得到30-60khz10W功率超声波源，电源电压不能太高（出于安全），体积也不至于过大，后级功率放大采用了推挽放大电路。由于是高频放大，其变压器设计计算办法与低频放大有较大区别，放大器工作频率越高其输出效率越高其输出效率就越低，功率管和变压器会发热。好在超声波频率不算太高，在这里忽视了。

三、超声波发生器设计
（1）超声波发生器选取.

超声波发生器（即超声电源），它是一种用以产生并向超声换能器提供超声频电能装置。按照其工作原理，咱们可以把超声波发生器分为两大类一类是模仿电路，另一类是数字电路。模仿电路超声波发生器又可分为振荡一放大型和逆变型两种。本设计采用振荡——放大型超声波发生器，它是一种带有振荡电路放大器，是由振荡器、放大器、匹配电路和电源四某些构成。振荡器产生一定频率信号，通过放大器将其放大到一定功率输出，以致达到最佳负载值，最后通过输出变压器进行阻抗匹配，并通过功放输出。下图即是振荡-放大型超声波发生器构造框图

（2）  超声波放大器选取

超声波放大器选取超声波放大器作用是将振荡信号放大以至所需电平。放大某些可以是单级，也可以是多级，重要看输出功率需要。初期超声波发生器使用是电子管做作为放大器件，当前则普遍采用晶体管（三极管、场效应管和绝缘栅双极型晶体管（IBGT）器件）。近年来越来越多厂家开始采用功率集成电路做超声波发生器放大器件。而当前工业上广泛使用超声波发生器已基本上被晶体管电路所垄断。晶体管发生器长处很突出，重要在于质量轻、体积小、效率高。但是从另一方面讲，由于受到最大集电极电流、方向击穿电压、最大集电极耗散功率参数限制，普通一对晶体管最大输出功率只能达到百瓦级。因此要提高晶体管发生器输出能力，最重要办法是采用高效率电路，另一方面是有赖于高性能器件开发。老式甲类、乙类、丙类放大器是把有源器件作为电流源工作。在这些放大器中，晶体管工作区是在伏安特性曲线有源区。

（3）超声波换能器选取
超声波换能器是超声振动系统核心部件，超声波清洗机设备是运用超声换能器作用即超声波发生器产生超声频电能转换成超声振动机械能，从而达到清洗效果。用于超声清洗换能器有两种类型．一是磁致伸缩换能器，另一种是压电换能器，磁致伸缩换能器这种换能器电声效率比较低、制造工艺复杂、价格昂贵，因而当前很少采用。当前国内重要采用换能器类型是压电换能器，由于这种换能器原材料价格便宜、且电声转换效率高，并且便于制导致不同构造，以适应不同清洗规定。压电换能器又有诸各种例如喇叭形、圆柱形等。喇叭形换能器辐射面积较广。

因此通过对比最后拟定选定32W换能器。

四、实验原理图设计与分析

T1、T2中变压器采用高频磁芯，220V转18V。VT2用NPN型中小功率管，电路板中小功率电阻与小容量电容，按照其元器件规格规定焊接后进行调试。
电源某些很简朴.从变压器交流1 8V经整流模块( 100V/ 2A)后，由电容——电感——电容滤波后直接接功放电路，另一路经150 欧姆电阻降压后送给三端可调稳圧集成电路。调节RP使输出电压在9V左右,供555振荡电路及前级放大用。由于电流很小， LM31 7不需加：散热片。

振荡电路重要是频率和波形，把频率计和示波器探头接入555时基电路3脚，调节 RP3，观测输出波形及输出频率変化。正常状况下应是10-60kHz变化方波,再将探头放在 VT1集电集，正常状况应是交流正弦波，幅値在 P-P值1V左右。 如幅度过小或波形失真可整VT1管工作点及恰当调节积分电路阻容値，使波形与幅值基本达到规定。

功放某些是核心部位，从VT1集电极经电容耦合信号送至VT2基极，放大后直接通过交压器耦合到推挽管基极。 为了防止推挽引起交越失真,一方面调节R15,使功放初始电流在10mA左右。

超声波振荡器可分为RC正弦振荡器、LC正弦振荡器和压控振荡器等等。由于555不但价格便宜并且性能优越，能达到预期效果，可使清洗机清洗效能达标，并且成本不会太高，因而本次设计中就采用由开关稳压块555构成振荡器。如图所示为电路图。

五、 实验结论
（1）通过上面设计，最后进行实物焊接与调试，焊接时，咱们采用万能板用焊锡搭线，最后完毕实物制作。实物如下图：

（2） 总结

通过几种星期努力，在教师悉心指引下，通过室友共同努力，终于完毕了超声波清洗器设计。毕业设计是本学习阶段一次非常难得理论与实际相结合学习机会。通过这次对超声波清洗机制作，我感受到了小组学习重要性。并且在制作中，提高了我焊接水平，加深了我对电路设计理解，还增长了许多课本上学不到知识。咱们小组分工明确，都积极提出自己想法，然后放在一起讨论，这中间加深了咱们协作能力。这次设计收获很大。

该设计硬件构造简朴，集成度高，工作可靠，测试稳定。通过测试，各某些运营正常，成功地达到了硬件设计规定。通过与硬件电路结合，实现了运用超声波清洗器件功能。总之，完毕了设计任务所有规定。在这次设计后我理解到，非接触测量在当今社会发展当中已经变得十分重要，而超声波作为非接触测量一种办法，已经在诸多领域得到应用。本设计已经成功完毕，但依然存在着很大改进空间。

道谢

在此完毕了超声波清洗器，谨向咱们指引教师杨全会致以最诚挚谢意。这个报告是在杨教师精心指引和严格规定下完毕。在咱们做超声波清洗器期间，在教师指引协助下，使咱们组不但顺利完毕了本课预定各项任务，并且在实验操作能力上有了很大奔腾。既让咱们懂得了如何把理论应用于实际，又让咱们懂得了在实践中遇到问题如何用理论去解决。在设计过程中，总是遇到这样或那样问题。有时发现一种问题时候，需要做大量工作，花大量时间才干解决，徐徐地，咱们信任与协作能力建立起来了。为后来工作和生活积累了经验，增强了咱们信心。