超声波的作用原理

超声波的作用原理
超声波清洗的原理，在理论要加以阐述是比较复杂的，里面牵涉许多因素和作用，可以体现超声波清洗作用的主要有以下三点。

(1)空穴作用
当强力的超声波辐射到液体中，清洗液以静压(一个标准气压)为中心进行变化，在压力到零气压以下时，溶解在液体中的氧会形成微小气泡核，进而产生无数近似真空的微小空洞(空穴)。超声波的正压力时的微小空洞，在绝热压缩状态被挤碎，这个发生在挤碎瞬间的强力冲击波，可直接破坏污染物并使之分散在液中，形成清洗机理。试验中这种强力的清洗作用，能在数十秒内对铝箔侵蚀成无数的小孔。

利用空穴作用的清洗，对去油污的效果比较好，通常在28KHZ~50KHZ的频率内进行机械另部件的清洗，清洗机的超声波强度大多设定在0．5~1w／cm2。

(2)加速度
清洗液体经超声波辐射，液体分子发生振动，这种振动加速度在28KHZ时是重力加速度的103倍，在950KHZ时将达到105倍，由这个强力加速度可以对受污物的表面实行剥离清洗。然而，950KHZ的超声波不产生空穴，不适应去油污的清洗，只能在电子工业的半导体制造中，对亚微米粒子的污染进行清洗。

(3)物理化学反应的促进作用
由空穴作用使液体局部发生高温高压(1000气压，5500℃)，再经振动产生的搅拌，促使化学或物理作用的相乘，液体不断地乳化分散，进一步促进化学反应的速率。

清洗液深度的确定
液体中的超声波会因行波、回波的相互干扰及强合结果，将形成“驻波”现象，(见图1)。确定产生驻波的液体深度，能得到最好的超声波辐射效果。产生驻波的液体深度，可用下面公式计算。

液深(λ/2)＝声速/频率÷2
这个液体深度的正倍数数值，也是最适合的深度，例在20℃水温，28K1c时液深为27mm、54mm、81mm等等，38KHZ时液深为21mm、42mm、63mm等，但是，不同的液体、液温及超声振荡器，其驻波发生情况是不同的。参见表1。

表 1 驻波的产生情况比较

清洗液 声 速 λ/2
水 20℃ 1483mm 27mm
氟里昂 20℃ 717mm 13mm
IPA 20℃ 1168mm 21mm
酸碱清洗剂 20℃ 1483mm 27mm

超声波产生方式和清洗条件的设定
超声波的产生方式由表2表示，可按不同的清洗目的加以选择，目前常用的是能进行强力清洗的连续振荡方式。频率调制和多频率的方式，清洗时清洗不均现象较多，对污染严重物体的清洗不太适应。

表 2 超声波的产生方式

方 式 内 容 特 征
连续振荡 振幅及频率是固定的 可强力清洗。由驻波作用使清洗不均，应增加摇动，达到清洗均匀性。
加宽调制 振幅变化 有良好的脱气效果，对不同物体清洗性好，噪声大。
频率调制（FM振荡） 振荡频率实行数千赫的变化 能均匀地清洗。清洗效率差，平均输出功率低。
同时多频率 多种频率同时发生 形成均衡的声场，清洗均匀，不易得到强力的超声波。
多频率交替 每一种频率发生复数个频率 清洗均衡，不易得到强力清洗。
圆锥形辐射清洗 用不锈钢制成的共振体进行超声波辐射。一般在清洗不充分场合使用 可获得常规超声波10倍或20倍的强度，性能高。 但清洗面小，噪声大
清洗条件的选择设定主要有以下数点。
·清洗位置：将清洗物置于驻波压力最大的位置，可获得最佳的清洗效果。但是比驻波大的物体清洗时，易产生清洗不均，这时应将物体在上下数十毫米内加以摇动，这是减少清洗不良的常用方法。
·由网孔引起的衰减：在清洗小型另件时，多使用网篮方式，网篮网孔的大小不当，会造成超声波衰减，使清洗力降低，例在28KHZ场合，网篮的网孔直径需在5mm以上，才可正常清洗。如小的螺钉清洗时，网孔最小要做到1mm，如果衰减大，使用0．1-0．5mm的薄板网蓝，也可得到正常清洗效果。
·频率：对于频率因素涉及的清洗效果，大体可这样认为，采用频率低的针对较难清洗的污垢，频率高的，适合于精密清洗场合。
·液体温度：随着液温的上升，液中生存的气泡会遮断声波，使超声波减弱，但是在常规做法上都以提高液温来增加清洗能力。适合的液温要针对不同的清洗液和清洗物来确定，一般场合液温在5060℃比较适当。