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          超聲波換能器使用注意事項

          更新時間:06-07-2021
          摘要:

          使用超聲波換能器最主要考慮的問題就是與輸入輸出端的匹配,其次是機械安裝和配合尺寸。換能器的頻率相對而言還比較直 […]

          使用超聲波換能器最主要考慮的問題就是與輸入輸出端的匹配,其次是機械安裝和配合尺寸。換能器的頻率相對而言還比較直觀些。該頻率是指用頻率(函數)發生器,毫伏表,示波器等通過傳輸線路法測得的頻率,或用網絡阻抗分析儀等類似儀表測得的頻率,一般通稱小信號頻率。與它相對應的是上機頻率,即客戶將換能器通過電纜連到機箱上,通電后空載或有載時測得的實際工作頻率。

           

          一、?試用時效果不好怎么辦?

          試用常見的問題是晶片開裂、無力、易過載、電極片打火、電極片開裂、發熱嚴重、怪聲、漏波、晶片錯位等;原因可歸為三類:

          ??客戶的驅動電源或模具及裝配有問題。

          這種情況我們建議客戶積極查找原因,或與技術人員溝通,盡快改進。就算您不采用的產品,但改進自身存在的問題絕對是有利而無害的。

          ??換能器及變幅桿有問題。

          這種情況也是必定會發生的,只不過發現的可能性很小。

          ???雙方的產品都沒有問題,但不匹配。這是最常見的情況,就是客戶的驅動電源是好的,換能器也是好的,組裝也是正常的,但是各部分不匹配。引起不匹配的主要參數是換能器的頻率和電容量。

           

          二、?匹配概念及操作?

          讓換能器和驅動電源、焊接模具良好配合,以形成一臺完整的超聲波設備,簡稱為匹配。由于匹配對整機性能的影響是決定性的,無論怎樣強調匹配的重要性都不為過。匹配最主要考慮的因素是換能器的電容量,其次是換能器的頻率。

           

          需要強調的是,超聲波換能器本身不是一個能量發生器,它只是一個能量轉換器。是將電能轉換為聲能?(機械能),在輸入(驅動電源),輸出(增幅器,模具)良好匹配的前提下,它可以轉換(輸出)很大的能量。

           

          輸入匹配是指換能器與驅動電源的匹配,若輸出匹配好而輸入匹配不好,則表現為換能器無力,焊不牢。若輸出匹配不好而輸入匹配好,則換能器會過載,造成晶片錯位開裂,破碎,螺桿斷,鋁裂或燒電箱功率管。舉個例子,就像汽車在空擋狀態下猛踩油門,發動機肯定容易損壞的。

           

          換能器與驅動電源的匹配主要有4個方面,即阻抗匹配、頻率匹配、功率匹配、容抗匹配。其中最主要的是容抗和頻率。如前所述因為陶瓷片是絕緣體,你幾乎可以理解為換能器是不通電的,它只是相當于一個電容器。要使換能器工作,實際上是通過驅動電路對它施加交流高電壓,讓換能器的電容充放電。壓電陶瓷片在交變電場的作用下做同步伸縮變形,形成了整個換能器的縱向振動,從而帶動變幅桿和模具振動。所以,若電容匹配不好,輕者是換能器無力,焊不牢;重者換能器發熱嚴重,燒電極片、燒電源的大功率管。我們的換能器產品附有產品性能參數表,給出了每個換能器的電容和頻率。驅動電源應該根據換能器的電容量,調整高壓變壓器,匹配電容板,蜂窩線圈,調頻線圈等的參數。由于電感和電容量的敏感性,功放板,扼流線圈及其他外圍電路對匹配也有影響。而且隨著工作進行,換能器的溫度會升高,導致電容也會升高且變化量可能會超過50%,若不能將電容有效地匹配掉,就會造成回路中電流電壓相位差很大,功率因素很低,虛功高??纯措娏?/span>

          很大,但換能器沒力,易發熱,且電源的功率器件也容易發熱損壞。一般換能器電極片(耳朵)振裂或燒掉很可能就是由此引起的?!?/span>

           

          頻率匹配同樣也非常重要。這首先是因為超聲換能器只能工作在他的諧振頻率點,所以驅動電源、增幅器、焊接模具(工具頭)都應該在這個頻率下工作。一般而言,我們希望這個差別最大不超過±0.1kHz,能小一點就更好。我們強烈建議您配套焊接模具(焊頭)的頻率低于振動子頻率0.1kHz左右(小信號頻率)。也就是說,若原振動子小信號測量的頻率是14.85kHz,則連上模具后再測頻率為14.75kHz最為理想。同時就應考慮到,超聲波換能器接上增幅器和模具頭后,系統的諧振頻率峰會變得很尖銳,也即帶寬很窄,機械品質因數很大,頻率偏移一點都會造成阻抗很大的增加。表現在驅動電源上就是電源(振幅表電功率)很大或過載保護。若剛好這時是空載調機,則很可能會造成晶片錯位,晶片裂或中心螺桿斷。

          功率匹配和阻抗匹配主要是考慮到超聲波焊接系統是間隙式工作,負載變化極大,焊接時要有足夠的功率輸出,空載時要控制在最小振幅。否則,就像前面提到的,空載時輸入很大,則損壞換能器。滿載時功率上不去,焊不牢還是沒用的。

           

          三、 各部件裝配注意事項

          超聲波振動系統的各個部件,如換能器、增幅器、工具頭等主要部分是通過中心螺栓連接的。1、檢查接觸面應平整光滑無傷痕,若有傷痕,用零號以上的金相砂紙輕輕打磨。要求既能將缺陷磨平,又不破壞接觸面的平面度。2、用易揮發無腐蝕性的清潔劑清潔螺絲、螺孔和接觸面。3、徹底清潔螺絲、螺孔和接觸面。4、所有連接螺孔應垂直于接觸面。5、擰緊前在接觸面上涂薄薄一層硅脂(或黃油和凡士林),注意不要將硅脂涂到連接螺絲及螺孔上。6、小心地將二個部件擰緊。根據連接螺絲規格的不同,控制合適的擰緊力矩。在可能的情況下,應擰的適當緊一點。7、若重新松開結合面后應該看不到有任何傷痕。8、用手摸振動系統振幅均勻,無怪聲,無局部嚴重發熱。9、工作一段時間后重新送開結合面應沒有氧化或燒蝕痕跡,否則就說明此處接觸不好,超聲波能量在這里損失嚴重。

           

          四、?換能器的使用溫度

          換能器使用時會發熱,這主要是由三個原因引起的。其一是被焊工件會發熱或被超聲波處理? 的物質會發熱,或模具(工具頭)、變幅桿長時間工作會發熱,這些熱量都會傳遞到換能器上。

          其二是換能器本身的功率損耗。既然做不到能量轉換效率?100%,損耗的那部分能量必然轉換成熱量。溫升會導致換能器參數變化,逐漸偏移最佳匹配狀態,更嚴重的是溫升會導致壓電陶瓷晶片性能的劣化。這反過來又促使換能器工作狀態更壞,更快地升溫,這是一個惡性循環。所以我們必須給以換能器良好的冷卻條件,一般是常溫風冷;如有必要,也可采用冷風風冷。在正常情況下,這兩點引起的溫升也是正常的,在正常的冷卻條件下,不會有大的問題。而且根據國內外經驗,換能器的溫度在任何時候都絕對不能超過攝氏?85 ℃ 。

           

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