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Trasduttori ultrasuoni e carico

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[1] Trasduttori ultrasuoni e carico

Messaggioda Foto Utenteshadsu » 11 giu 2019, 20:25

Ciao a tutti,
non so se sono nella giusta sezione tra i forum, ma mi sembra la più attinente con la domanda.

Vorrei costuirmi una lavatrice ad ultrasuoni da solo, e so che i trasduttori non possono essere usati senza un carico appropriato.
La mia domanda è in che modo posso capire quale sia il carico appropriato?

So che il carico nn deve essere necessariamente liquido, come nei saldatori ad ultrasuoni, e da quello che ho capito il problema sta nel fatto che le vibrazioni portano i trasduttori a surriscaldarsi se non cedono l energia al carico. (però mi chiedo come mai i sensori ad ultrasuoni possono funzionare senza carico propagando le vibrazioni nell aria.)
vi è anche un problema nel generatore di ultrasuoni?

Come posso capire quale è la giusta quantità di materia di cui il trasduttore ha bisogno per evitare un innalzamento della temperatura?
Esempio: 1kg acqua, 1kg acciaio
E dipendente da quali fattori? Dai watt di energia con cui è alimentato?
Dalle caratteristiche meccaniche del materiale usato come carico? Quali?

Inoltre in commercio esistono trasduttori a disco, e altri a campana.
Mi chiedo se quelli a campana non abbiano già un carico visto che tra i dischi PZT è inserito un pezzo di acciaio.

Grazie mille in anticipo
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[2] Re: Trasduttori ultrasuoni e carico

Messaggioda Foto UtenteJackd » 14 giu 2019, 13:00

Ciao
shadsu ha scritto:La mia domanda è in che modo posso capire quale sia il carico appropriato?
So che il carico nn deve essere necessariamente liquido, come nei saldatori ad ultrasuoni, e da quello che ho capito il problema sta nel fatto che le vibrazioni portano i trasduttori a surriscaldarsi se non cedono l energia al carico.
(però mi chiedo come mai i sensori ad ultrasuoni possono funzionare senza carico propagando le vibrazioni nell aria.)


Stai affrontando il discorso un po alla rinfusa, una cosa è una lavatrice, una cosa è una saldatrice, ed i sensori sono altre bestie ancora; facciamo una breve analisi.

In una lavatrice ad ultrasuoni, ci sono svariati ultrasuoni che sono alimentati per lunghi periodi, chi lava è il detergente, gli ultrasuoni sono la "spugna scotch brite" + "olio_di_gomito", l'acqua è il vettore che porta gli ultrasuoni ed il detergente al pezzo da lavare; ho semplificato un po il processo, ma se tu non hai un buon "solvente" per lo sporco che devi trattare, puoi avere tutti gli ultrasuoni del mondo, e otterrai solamente di aver disintegrato il pezzo che volevi lavare, ma lo sporco sarà restato li.
E' anche vero che in alcuni specifici casi sia sufficiente la sola acqua come solvente, ma si metta lo stesso un minimo di detergente per sfruttare la componente di tensioattivi che facilitano l'espulsione dell'aria intrappolata nell'acqua, ma qui andiamo O/T

La saldatrice è composta da un unico trasduttore fatto "ad hoc", al quale viene montata una punta o "Horn" che si restringe a una sezione molto piccola per concentrare la vibrazione su un area molto ristretta per riuscire a massimizzare l'effetto termico della vibrazione fino a fondere la plastica. L'accensione del trasduttore è per pochissimi secondi, e avviene dopo essere andati in appoggio sulla superficie da saldare. Spesso il trasduttore viene sovra alimentato per ottenere potenze considerevoli, vista la brevità temporale richiesta. Si usano delle ceramiche piezo apposi

Per quanto riguarda i sensori, ma anche per i cicalini, buzzer ecc, alla fine sono sempre delle ceramichine piezo con attaccato un pezzo di metallo (ottone o bronzo), costruttivamente sono conformati per facilitare il loro lavoro, vengono alimentati per brevi periodi. i sensori, per esempio per un periodo trasmettono e per un altro restano in "ascolto".

In ogni caso, la cosa fondamentale che cambia è la potenza, stai paragonando pochi mW con kW e, mi ripeto, il tempo di lavoro.


Il problema del surriscaldamento è un problema molto importante, in linea di massima, le ceramiche piezo hanno una certa tolleranza alle alte temperature, ma semplificando al massimo, si puo' dire che se tu fai passare molta corrente, e non dissipi il calore, la vita in ore si vada ad accorciare drasticamente, le ceramiche si "depolarizzano" e sebbene resti la componente capacitiva, non riescono più a trasmettere lavoro meccanico.


vi è anche un problema nel generatore di ultrasuoni?


Solo se è stato realizzato dal famoso Ing. Cane :mrgreen: :mrgreen: ...

Il generatore lo puoi considerare come un amplificatore ed un tunner radio.
Se prendi 2 trasduttori da 100W, e prendi un generatore cinese da 300W va bene, se lo prendi cinese da 150W ovviamente non è sufficiente. In linea di massima la potenza indicata dal generatore è la massima che è in grado di erogare se richiesta.
Se prendi un generatore italiano, serio, fatto a modo, tipo quelli che faccio io, ti verrà dato un generatore ovviamente molto più oneroso ma molto più bello.

Come posso capire quale è la giusta quantità di materia di cui il trasduttore ha bisogno per evitare un innalzamento della temperatura?
Esempio: 1kg acqua, 1kg acciaio
E dipendente da quali fattori? Dai watt di energia con cui è alimentato?
Dalle caratteristiche meccaniche del materiale usato come carico? Quali?

Inoltre in commercio esistono trasduttori a disco, e altri a campana.
Mi chiedo se quelli a campana non abbiano già un carico visto che tra i dischi PZT è inserito un pezzo di acciaio.

Grazie mille in anticipo


Sei un po fuori strada, ma vediamo di rimetterti in tracciato:
tu dovresti partire dimensionando la vasca in base al pezzo che devi lavare, poi esamini lo sporco che devi rimuovere, trovi il detergente più aggressivo per lo sporco e più conservativo per l'oggetto, vedi il tempo di reazione con lo sporco, poi valuti la quantità massima di ultrasuoni che puoi impiegare per non danneggiare l'oggetto da pulire, e alla fine decidi quale sia il compromesso.

Molti ragionano in Watt/litro, ma anche li, il ragionamento trova il tempo che trova, io preferisco la resa come superficie, ma sono sempre ragionamenti situazionali.

A volte non si va a guardare la potenza totale da applicare, ma si va a guardare la dimensione da riuscire a coprire con gli ultrasuoni per oggetti con forme particolari.
Ora come ora per esempio, dovremmo fare un esecuzione dove andremo a montare 300 trasduttori in una unica vasca, per riuscire a coprire tutto l'oggetto da ripulire, per evitare zone "d'ombra", e quasi certamente i generatori non saranno impostati al 100% della potenza erogabile.

Se hai un pezzo di metallo grezzo da ripulire da grassi o oli di lavorazioni precedenti prima di passare in galvanica, o verniciatura, puoi permetterti di andare di prepotenza e caricare potenza per fare il lavaggio in tempi brevissimi per massimizzare la produzione.

se hai una superficie delicata, tipo un oggetto in ottone o alluminio, appena lucidato al quale devi rimuovere i residui di pasta da lucidatura, dovrai fare particolare attenzione, di solito si mettono ultrasuoni giusti giusti per fare una copertura di superficie e si tiene il generatore regolato basso di potenza.

In linea di massima se hai una vaschetta in acciaio inox, da 5-6 litri, idealmente tipo pentola da 20di diametro per 20 di altezza, montare 3 trasduttori (150W) sul fondo, ti puoi aspettare un innalzamento della temperatura nell'ordine di una decina di gradi in un paio d'ore in acqua. se usi liquidi piu densi, lo stesso innalzamento lo avrai in tempi piu brevi.

Se hai gia qualche idea come misura di vasca, ti faccio al volo una simulazione di quanti trasduttori possano essere da prendere come limite massimo, dai quali si parte a ridurre.
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