超声波的清洗的原理

超声波的清洗的原理超声波的清洗作用是一个十分复杂的过程，在这里只做一简单介绍。超声波 作用包括超声波本身具有的能量作用，空穴破坏时放出的能量作用以及超声波对 媒液的搅拌流动作用等。1超声波的能量作用：超声波具有很高的能量，它在传媒液体中传播时，把 能量传递给传媒质点，传媒质点再将能量传递到清洗对象物表面并造成污垢解离 分散。声波是一种纵波，即传媒质点的振动方向与波的传播方向一致。在纵波传 播过程中，传媒质点运动造成质点分布不匀，出现疏密不同的区域，在质点分布 稀疏区域声波形成负声压，在分布致密区域声波形成正声压，并形成负声压、正 声压的交替连续变化，这种变化不仅使传媒质点获得一定动能而且获得一定加速 度。高频超声波的能量作用是异常巨大的。在具有能量的传媒质点与污垢粒子相 互作用时，把能量传递给污垢并造成它们的解离分散。2空穴破坏时释放的能量作用：超声波与通常声波一样在媒液中传播是直线 运动方式。运动速度与媒液有关，在不同媒液中传播速度不同，超声波的频率比 通常的声波频率高，所以波长短，能量高。在媒液中直线前进的超声波，到达与其它物质的界面时，要发生透射和反射 运动，发生透射与反射的程度是由构成界面物质的声阻抗率决定的，声阻抗率是 传声媒质某一给定表面的声压与质点速度之比。各种传声媒质都有固定的声阻抗 率。当超声波行进到声阻抗率相差很大的两种媒质的界面时，主要发生反射，而 在声阻抗率相近的两种媒质的界面上主要发生透射。如当超声波行进到水一空气 界面时，由于空气密度远小于水，因此声阻抗率也相差较远，所以此时声波主要 发生反射；同样超声波行进到水一钢铁界面时，由于两种媒质之间声阻抗率相差 很大，所以主要也发生反射。而当超声波行进到水一塑料界面时，由于两种媒质 之间声阻抗率相近，所以超声波主要发生透射。反射回来的超声波与前进中的超声波合成后，当每一点的位相差保持稳定不 变时，发生共振，而在某些固定位置上相互叠加而加强，媒液在这些位置上容易 产生空穴。由于超声波以正压和负压重复交替变化的方式向前传播，负压时在媒液中造 成微小的真空洞穴，这时溶解在媒液中的气体会很快进入空穴并形成气泡；而在 正压阶段，空穴气泡被绝热压缩，最后被压破，在气泡破裂的瞬间对空穴周围会 形成巨大的冲击，使空穴附近的液体或固体都会受到上千个大气压的高压。放出 巨大的能量。这种现象在低频率范围的超声波领域激烈地产生。当空穴突然爆破 时，能把物体表面的污垢薄膜击破而达到去污的目的。当使用的超声波频率在28100khz范围内时，超声波的几种作用都存在。而 空穴消失过程产生的巨大压力作用十分突出。当使用的超声波频率在特高频率范 围时，超声波的作用主要是其本身巨大的能量作用，并不产生空穴，但这种巨大 的能量对细微污垢的去除清洗作用很大。另外超声波不仅有帮助媒液加快溶解污垢的作用，而且也起到搅拌作用，使 媒液发生运动，新鲜媒液不断作用于污垢加速溶解。所以超声波强大的冲击力如 果作用发挥适当的话，可促使顽固附着的污垢解离，而且清洗力不均匀的情况得 以避免。但由于超声波使用过程中存在对清洗对象造成损伤的可能性，所以当清 洗对象很脆弱的情况不宜采用超声波清洗。洗涤媒液的选择超声波清洗都是以一定的液体作为媒质的条件下进行的，选择媒液是以能充 分发挥超声波的作用达到去污目的为原则的。由于水是产生空穴效果最好的液 体，通常用清水作媒液，用量不很大，也不需要采用喷射或搅拌的方法来使水剧 烈流动。但由于清水对油性污垢的分散解离能力较差，因此实际上常采用表面活 性剂或酸碱水溶液作超声波清洗的媒液。由于各种亲水性或亲油性有机溶剂产生 空穴效果的能力比水差，所以如果用这些有机溶剂作媒液，实际上要靠它们对污 垢的溶解分散能力作补充才能有效地去除污垢。而且有机溶剂往往存在易然、易 爆和有毒的问题，因此通常总是用水作媒液。用超声波清洗应注意的问题在一定条件下用超声波清洗才能过得较好效果，因此需要注意以下问题。1克服空穴产生的不均匀性：前已述及空穴是沿着最大声压带不均匀地产生的。当清洗对象在洗液中处于静置状态时，就会由于空穴产生的不均匀造成清洗的不均匀现象。通常为克服这种现象的发生，常采用以下方法： 移动清洗对象：当清洗对象在洗槽中移动时，空穴能较均匀地作用于对象 的表面，最常用的方法是让清洗对象发生旋转，当物体位于空穴最大声压带垂直 相交的平面上清洗效果比较专一。 改变洗液深度：当洗槽液面上下变动时，空穴最大声压带的位置也发生相 应变化可以克服不均匀性。 形成矩形波形：把几种不同波长的超声波合成在一起，所产生的超声驻波， 最大声压带范围扩大，可以克服不均性。 防止共振波的生成：如果使液面与清洗对象表面不相互垂直，可防止在清 洗对象表面发生受迫振动并形成共振波。这样，一方面可减少清洗不匀，同时也 可避免清洗对象损伤。2克服由于超声波被反射而造成的效果不均匀性：当超声波反射发生在清洗 对象内侧的表面，金属管道的内表面，金属物品深陷处的凹面以及碰到金属网做 的清洗物容器时，都会妨碍超声波的透过而造成超声波作用的不均匀，这是超声 波清洗中常出现的问题。3空穴作用造成的清洗对象的损伤：空穴作用有可能使清洗对象损伤，性能变 得脆弱。另外，在用超声波处理锐利的刀具的刀刃、电子机械上用的极薄的金属片时， 由于空穴作用造成破损的事情是经常发生的，而且是频率越低的超声波空穴作用 强度越大。因此在使用超声波清洗时，对清洗对象的形状、材料的性质都要考虑 到。只有选择适当的超声波频率，采用适当的使用方法才能取得好的清洗效果。