Швидкість ультразвуку в воді. Фізичні властивості ультразвуку. Терапевтичне застосування ультразвуку в медицині.
Хоча про існування ультразвука відомо давно, його практичне використання досить молодо. У наш час ультразвук широко застосовується в різних фізичних і технологічних методах. Так, за швидкістю поширення звуку в середовищі судять про її фізичні характеристики. Вимірювання швидкості на ультразвукових частотах дозволяє з досить малими похибками визначати, наприклад, адіабатичні характеристики бистропротекающих процесів, значення питомої теплоємності газів, пружні постійні твердих тіл.
Відлуння створюється для відображення звукових хвиль від перешкоди. Щоб слухач розрізняв відбиту хвилю, затримка, з якої він приходить йому на вухо, повинна становити десяту частину секунди; Якщо він нижчий, явище реверберації відбувається так само, як в кімнаті, де звукові хвилі відбиваються від стін.
Як проводиться УЗД проти целюліту і які протипоказання і витрати? Ми постараємося показати ультразвукове дію на целюліт простим способом зрозуміти потенціал такого виду антицелюлітного лікування. У точних дослідженнях були виявлені причини цього дискомфорту, який зазвичай включає такі чинники, як погане харчування, надлишок алкоголю і куріння, відсутність фізичного руху і високий рівень стресу.
джерела ультразвуку
Частота ультразвукових коливань, що застосовуються в промисловості і біології, лежить в діапазоні від декількох десятків кГц до одиниць МГц. Високочастотні коливання зазвичай створюють за допомогою п'єзокерамічних перетворювачів, наприклад, з титаніту барію. У тих випадках, коли основне значення має потужність ультразвукових коливань, зазвичай використовуються механічні джерела ультразвуку. спочатку все ультразвукові хвилі отримували механічним шляхом (камертони, свистки, сирени).
Краще думати, що целюліт не є недоторканним і неприступним ворогом, тому що є багато способів лікування, таких як ефективне видалення і видалення целюліту за допомогою ультразвуку. Цей метод, незважаючи на початкові сумніви багатьох людей, набирає величезний успіх для лікування, спрямованого на догляд за типовою шкірою апельсинової кірки.
Думайте, що до недавнього часу ультразвуки використовувалися тільки для лікування деяких слабких фізичних проблем, таких як повільність, запалення або біль у м'язах всіх видів. Сьогодні можна використовувати величезну силу ультразвуку для целюліту, направляючи їх дію на ті області тіла, які уражені шкірою апельсинової кірки, усуваючи накопичення жиру і токсинів.
У природі УЗ зустрічається як в якості компонентів багатьох природних шумів (в шумі вітру, водоспаду, дощу, в шумі гальки, перекочується морським прибоєм, в звуках, які супроводжують грозові розряди, і т. Д.), Так і серед звуків тваринного світу. Деякі тварини користуються ультразвуковими хвилями для виявлення перешкод, орієнтування в просторі і спілкування (кити, дельфіни, кажани, гризуни, долгопяти).
Як працює ультразвук целюліту?
Як ультразвук може принести користь целюліту? Високочастотні звукові хвилі, вироблені ультразвукової машиною, Можуть досягати області, порушеної целюлітом по глибині. Ця дія направлена на нагрівання ураженої ділянки, в результаті чого організм буде посилати більшу кількість крові, що дозволяє потоку лімфатичної рідини викликати осадження кінчика целюліту.
Потрібно всього кілька хвилин, щоб пересуватися по ураженої ділянки і змусити його працювати безпосередньо на целюлітний жир; Після лікування ви можете використовувати протизапальний крем, щоб полегшити відчуття тепла, яке викликає це лікування на шкірі.
Випромінювачі ультразвуку можна поділити на дві великі групи. До першої відносяться випромінювачі-генератори; коливання в них порушуються через наявність перешкод на шляху постійного потоку - струменя газу або рідини. Друга група випромінювачів - електроакустичні перетворювачі; вони перетворять вже задані коливання електричної напруги або струму в механічне коливання твердого тіла, яке і випромінює в навколишнє середовище акустичні хвилі.
Багато людей вперто воліють лазерне лікування, оскільки вони вважаються найбільш ефективними, але ви повинні знати, що експерти також радять ультразвук проти целюліту, так як вони однаково корисні і, безумовно, безпечніше. Як ви можете не розглядати ультразвуки для боротьби з целюлітом зараз, коли ви знаєте ефективність і переваги, які вони можуть вам дати? Де можна знайти можливість використання ультразвуку проти целюліту? І досить, щоб запитати свого лікаря про довіру Призначення, щоб отримати вигоду з надзвичайного ефекту цього типу антицелюлітного лікування.
свисток Гальтона
Перший ультразвуковий свисток зробив в 1883 році англієць Гальтон.
Ультразвук тут створюється подібно звуку високого тону на вістрі ножа, коли на нього потрапляє потік повітря. Роль такого вістря в свистку Гальтона грає "губа" в маленькій циліндричної резонансної порожнини. Газ, що пропускається під високим тиском через порожнистий циліндр, ударяється об цю «губу»; виникають коливання, частота яких (близько 170 кГц) визначається розмірами сопла і губи. Потужність свистка Гальтона невелика. В основному його застосовують для подачі команд при дресируванні собак і кішок.
Ультразвук атакує жирові клітини і перетворює їх на шматки. Щоб уникнути реплікації, необхідно провести дренаж, щоб довести їх до природного усунення. Ультразвуки, які є високочастотними звуковими хвилями, не відчутні. В естетичному лікуванні целюліту для отримання проникнення близько 2-3 см використовується частота 3 мГц. Недоліком цього методу є ризик невеликих опіків через нагрівання пластин або тонкого і чутливого типу шкіри.
Целюліт і його освіту в основному обумовлені седиментацією жиру у внутрішніх тканинах шкіри, наносяться кілька ненормальним чином і шкідливі для здоров'я епідермісу. Хоча цей фактор часто пов'язаний зі збільшенням ваги, вам потрібно знати, що причини целюліту дуже різні, в результаті різних комбінацій ефектів, що впливають на організм і його функції, що ставить під загрозу його баланс і функціональність.
Рідинний ультразвуковий свисток
Більшість ультразвукових свистків можна пристосувати для роботи в рідкому середовищі. У порівнянні з електричними джерелами ультразвука рідинні ультразвукові свистки малопотужні, але іноді, наприклад, для ультразвукової гомогенізації, вони володіють істотною перевагою. Так як ультразвукові хвилі виникають безпосередньо в рідкому середовищі, то не відбувається втрати енергії ультразвукових хвиль при переході з одного середовища в іншу. Мабуть, найбільш вдалою є конструкція рідинного ультразвукового свистка, виготовленого англійськими вченими Коттелем і Гудменом на початку 50-х років XX століття. У ньому потік рідини під високим тиском виходить з еліптичного сопла і прямує на сталеву пластинку.
Це теж загадка, чому целюліт утворюється в основному в частинах тіла, таких як стегна, сідниці і стегна, іноді зачіпаючи живіт і руки, що робить апельсинової кірки справжню загадку для вчених. Хоча є кілька лікування за умови, для боротьби з целюлітом, ультразвук, здається, в першому рядку на початку різних методів лікування, як для ефективності і для його гнучкості.
Подумайте про цю стратегію як про можливу побічну ефекті невеликого перегріву на обробленої області, що стане абсолютно безпечним для здоров'я організму. Ультразвуковий апарат виробляє серію низькочастотних звукових хвиль, які проникають в тканини і роблять їх вібрувати всередині них, так, щоб досягти глибокого і боротися з причинами целюліту.
Різні модифікації цієї конструкції набули досить широкого поширення для отримання однорідних середовищ. Завдяки простоті і стійкості своєї конструкції (руйнується тільки коливається) такі системи довговічні і недорогі.
Сирена
Сирена - механічний джерело пружних коливань і, в тому числі, ультразвуку. Їх частотний діапазон може досягати 100 кГц, але відомі сирени, що працюють на частоті до 600 кГц. Потужність сирен доходить до десятків кВт.
Ультразвукова обробка целюліту
Теплота продукту розширює кровоносні судини і руйнує жирові клітини, таким чином, є дуже ефективним для усунення целюліту раз і назавжди, разом з токсинами і рідинами, які роблять це. Центральне місце в потужності випромінювання ультразвуку впливає тільки на оброблювану поверхню і зробити процедуру плакати триває всього кілька хвилин.
Зазвичай протизапальний для запобігання спільного дискомфорту використовуються у пацієнтів, незважаючи на УЗД целюліт завжди залишатиметься безпечним і зручним рішенням. Важливо відзначити, що важливо приймати багато рідини для запобігання зневоднювання і можливого повторного освіти токсинів.
Повітряні динамічні сирени застосовуються для сигналізації і технологічних цілей (коагуляція дрібнодисперсних аерозолів (осадження туманів), руйнування піни, прискорення процесів масо-і теплообміну і т. Д.).
Недоліки і побічні ефекти ультразвукового антицелюлітного засобу
Є деякі недоліки, отримані від використання ультразвуку для боротьби з целюлітом. Одним з них є те, що тіло буде залишатися в спокої, після лікування, а іноді і протягом декількох днів, це відбувається тому, що ультразвукова терапія целюліту, що ви могли б зайняти кілька днів, може змусити вас почувати себе втомленими і вичерпані, тому, краще розглянути Свята.
Протипоказання і ціна ультразвукових сеансів проти
Негативна нота може бути, що немає ніякої гарантії, міцного і стійкого ефекту з плином часу і, таким чином, служать всі можливі зобов'язання, щоб уникнути повернення целюліту. Ультразвук целюліт не мають специфічних протипоказань у разі дорослих і в хорошому фізичному стані, але очевидно, що в разі будь-якого захворювання, наявність металевих пластин, миротворця і стан взагалі погано, ви повинні попередити практикуючого до початку сидіння, яке відповідно до його досвідом буде вирішити, чи варто продовжувати чи ні.
Всі ротаційні сирени складаються з камери, закритою зверху диском (статором), в якому зроблено велику кількість отворів. Стільки ж отворів є і на що обертається усередині камери диску - роторі. При обертанні ротора положення отворів в ньому періодично збігається з положенням отворів на статорі. У камеру безперервно подається стиснене повітря, що виривається з неї в ті короткі миті, коли отвори на роторі і статорі співпадають.
Їх поле обмежено нижче коливаннями з частотою близько 000 герц, які знаходяться на верхній межі чутливості нашого слухового органу. Для ультразвуку, а також звуків, збільшення частоти поступово змінює загальні явища дифракції, дифузії, поглинання і поширення, щоб надати їм особливі характеристики, які роблять їх кращими для практичного використання для конкретних і дуже важливих цілей.
Ультразвукове дослідження є окремим випадком теорії пружних хвиль, для якого, Інтерференція і дифракція; Хвилі: акустичні хвилі; звук. Щоб уточнити, що буде сказано пізніше, просто запам'ятайте. Виявляється, промені будуть лопнути до дну і викликати до того, як це переломлення не отримає навіть на коротку відстань звук або «ультразвук, що випускається джерелом». Це явище можна прекрасно виявити навіть в повітрі, де ви знаходитеся, через рефракції, особливостей зон мовчання.
Частота звуку в сиренах залежать від кількості отворів і їх геометричної форми, і швидкості обертання ротора.
Ультразвук в природі
застосування ультразвуку
Діагностичне застосування ультразвуку в медицині (УЗД)
Завдяки гарному поширенню ультразвуку в м'яких тканинах людини, його відносної нешкідливості в порівнянні з рентгенівськими променями і простотою використання в порівнянні з магнітно-резонансною томографією, ультразвук широко застосовується для візуалізації стану внутрішніх органів людини, особливо в [ джерело не вказано 899 днів]
Ультразвукові генератори різного типу; свистки, звукові колеса, сирени можуть випромінювати ультразвуки різної частоти. Багато музичні інструменти генерують звуки з багатьма ультразвуковими компонентами. Тертя і тертя між різними матеріалами також мають багато ультразвукових компонентів. Основними джерелами, використовуваними сьогодні для ультразвукових хвиль, є ті, які використовують п'єзоелектричні і магнітострикційні явища і механічні, такі як свисток Гальтона і пульсатор Хартмана.
Ресивери також мають найрізноманітніші типи, але серед основних - тільки п'єзоелектричні і магнітостріфіцірующіе і конденсаторні мікрофони. Ці діаграми засновані на джерелі і в різних напрямках пропорційних відрізків інтенсивності випромінювання в цьому напрямку.
Застосування ультразвуку в біології
Здатність ультразвуку розривати оболонки клітин знайшла застосування в біологічних дослідженнях, наприклад, при необхідності відокремити клітину від ферментів. Ультразвук використовується також для руйнування таких внутрішньоклітинних структур, як мітохондрії і хлоропласти з метою вивчення взаємозв'язку між їх структурою і функціями. Інше застосування ультразвуку в біології пов'язане з його здатністю викликати мутації. Дослідження, проведені в Оксфорді, показали, що ультразвук навіть малої інтенсивності може пошкодити молекулу ДНК. Штучне цілеспрямоване створення мутацій грає велику роль в селекції рослин. Головна перевага ультразвуку перед іншими мутагенами (рентгенівські промені, ультрафіолетові промені) полягає в тому, що з ним надзвичайно легко працювати.
Намальовані криві - це ті, які описуються крайністю цих сегментів в міру зміни напрямку. Ця властивість обумовлена феноменом дифракції та ще більш акцентовано, чим менше відношення довжини ультразвукової хвилі до пластині емітера, тобто тим більше частота випромінювання ультразвуку вона виробляє.
За словами Пірса, швидкість поширення звуку, і особливо ультразвуку, в повітрі незначно залежить від частоти відповідно до кривої типу рис. Поширення ультразвуку також вивчалося в інших газах, і весь досвід виявив величезну кількість енергії, яке може бути передано практично через ці надзвичайно високочастотні пружні коливання. Вже сказано, що передається енергія пропорційна квадрату частоти.
Застосування ультразвуку для очищення
Застосування ультразвуку для механічного очищення грунтується на виникненні під його впливом в рідини різних нелінійних ефектів. До них відноситься кавітація, акустичні течії, звуковий тиск. Основну роль відіграє кавітація. Її бульбашки, виникаючи і схлопиваясь поблизу забруднень, руйнують їх. Цей ефект відомий як кавітаційна ерозія. Використовуваний для цих цілей ультразвук має низьку частоту і підвищену потужність.
Таким чином, для ультразвуку коефіцієнт поглинання, коли перша середовище являє собою повітря, а друга з найбільш поширених речовин, таких як вода або метали, приблизно дорівнює нулю, що говорить про те, як У вас є все для ультразвуку і для цих речовин є повне відображення.
Як правило, можна сказати, що коли акустична або ультрапроізводітельная хвиля досягає поверхні нового середовища щільності, відмінною від тієї, в якій вона поширюється, частково проходить і частково відбивається. Відношення між відбитої величиною і переломлення залежить від импедансов, представлених хвилі в двох засобах.
У лабораторних і виробничих умовах для миття дрібних деталей і посуду застосовуються ультразвукові ванни заполонений розчинником (вода, спирт і т. П.). Іноді з їх допомогою від частинок землі миють навіть коренеплоди (картопля, морква, буряк і ін.).
Якщо друга середа має перешкоду, яке трохи відрізняється від першого, воно мало відбивається. Цей імпеданс середовища визначається як добуток щільності середовища для швидкості звуку в ній. Дає відображає здатність другого середовища першої. Це пояснює, як в море ультразвуки можуть використовуватися для пошуку корпусів або удару по дну, Але не визначати присутність айсбергів. Поглинання еле при їх поширенні дається формулою, вже повідомленої, і коефіцієнт поглинання α, що дорівнює іншим умовам, швидко зростає зі збільшенням частоти.
Застосування ультразвуку в витратометрії
Для контролю витрат і обліку води та теплоносія з 1960-х років в промисловості застосовуються ультразвукові витратоміри.
Застосування ультразвуку в дефектоскопії
Ультразвук добре поширюється в деяких матеріалах, що дозволяє використовувати його для ультразвукової дефектоскопії виробів з цих матеріалів. Останнім часом набуває розвиток напрямок ультразвукової мікроскопії, що дозволяє досліджувати підповерхневий шар матеріалу з хорошою роздільною здатністю.
Ультразвукові властивості і застосування. - З ультразвуком в повітрі легко відтворити майже всі явища, виявлені в оптичному полі. Під дією ультразвукових хвиль було виявлено, що рідини виявляють підвищення температури, а в твердих тілах можна виявити ці внутрішні теплотворні ефекти, які тим вище, чим вище частота.
У хімії деякі метастабільні системи руйнуються ультразвуковим впливом, а багато хімічні реакції прискорюються, а інші речовини змінюються температурою точки переходу. У воді ультразвукові хвилі виділяють розчинені гази, а бульбашки пара можуть бути отримані при температурі нижче температури кипіння і до того, як хвилі діятимуть термічно.
Ультразвукове зварювання
Ультразвукове зварювання - зварювання тиском, що здійснюється при впливі ультразвукових коливань. Такий вид зварювання застосовується для з'єднання деталей, нагрівання яких утруднений, при з'єднанні різнорідних металів, металів з міцними оксидними плівками (алюміній, нержавіючі стали, магнітопроводи з пермаллоя і т. П.), При виробництві інтегральних мікросхем.
Застосування ультразвуку в гальванотехнике
Ультразвук застосовують для інтенсифікації гальванічних процесів і поліпшення якості покриттів, одержуваних електрохімічним способом.
Ультразвук - Що це таке?
Теорія та практика.
При всій складності теорії ультразвуку, розібратися в принципах ультразвукового очищення поверхонь не так вже й складно. Ця стаття адресована тим, хто хоче отримати уявлення про основні явища, що використовуються в акустичних технологіях очищення, а головне - зрозуміти, "як ця штука працює", якими критеріями можна керуватися при виборі обладнання, миючих середовищ і режимів обробки.
Технології очищення постійно удосконалюються. Широко використовується в Росії спиртобензиновой суміш для відмивання плат від залишків флюсу і технологічних забруднень втрачає ефективність у міру зменшення розмірів компонентів. У зменшуються пазухах і зазорах немає потрібного обміну розчину, щоб вимити звідти технологічні забруднення.
Бажання поліпшити відмивання збільшенням її часу призводить до вимивання сполучного, утворення білястого нальоту на поверхні плат. Практикується за кордоном конденсационная очищення, яка використовує хлоровані і фторовані вуглеводні, завдає шкоди екології нашої планети і в перспективі зникне. У той же час вимоги до якості очищення безперервно підвищуються.
Чистота стала актуальним фактором якості у багатьох галузях промисловості, чого не було в минулому. В електронній промисловості, де чистота була завжди важлива, вона стала ще більш критичним фактором у забезпеченні спроможності високих технологій.
Створюється враження, що кожне удосконалення технології вимагає все більшого і більшого уваги до чистоти для його реалізації. В результаті технології очищення протягом останніх кількох років були критично переглянуті. Багато з них тепер засновані на використанні ультразвукових методів очищення.
Дійсно, які б ефективні миючі розчини не використовувалися, без додавання акустичної енергії ультразвуку немає можливості забезпечити заданий рівень очищення.
Що таке ультразвук?
Ультразвук (УЗ) - пружні коливання і хвилі, частота яких вище 15 .. .20 кГц. Нижня межа області ультразвукових частот, що відокремлює її від області чутного звуку, визначається суб'єктивними властивостями людського слуху і є умовною. Верхня межа зумовлена фізичною природою пружних хвиль, які можуть поширюватися лише в матеріальному середовищі, тобто за умови, що довжина хвилі значно більше довжини вільного пробігу молекул в газах або міжатомних відстаней в рідинах і твердих тілах. Тому в газах верхню межу частот УЗ визначають з умови приблизного рівності довжини звукової хвилі і довжини вільного пробігу молекул. При нормальному тиску вона становить 109 Гц. У рідинах і твердих тілах визначальним є рівність довжини хвилі міжатомним відстаням, і гранична частота сягає 1012-1013 Гц. Залежно від довжини хвилі і частоти УЗ має специфічними особливостями випромінювання, прийому, поширення і застосування, тому область ультразвукових частот зручно поділити на три підобласті: низькі - 1,5-10. ..105 Гц; середні - 105 ... 107 Гц; високі - 1О7 ... 1О9 Гц.
Теорія звукових хвиль.
Ультразвук як пружні хвилі.
Ультразвукові хвилі за своєю природою не відрізняються від пружних хвиль чутного діапазону, а також від інфразвукових хвиль. Поширення ультразвуку підкоряється основним законам, загальним для акустичних хвиль будь-якого діапазону частот, зазвичай званих звуковими хвилями. До основних законів їх поширення відносяться закони відображення і заломлення звуку на кордонах різних середовищ, дифракція і розсіювання звуку при наявності перешкод і неоднорідностей в середовищі і нерівностей на кордонах, закони волноводного поширення в обмежених ділянках середовища.
Специфічні особливості ультразвуку.
Хоча фізична природа УЗ і керуючі його поширенням основні закони ті ж, що і для звукових хвиль будь-якого діапазону частот, він має низку специфічних особливостей, що визначають його значимість в науці і техніці. Вони обумовлені його відносно високими частотами і, відповідно, малою довжиною хвилі. Для низькочастотної області УЗ довжини хвиль не перевищують в більшості випадків декількох сантиметрів і лише поблизу нижньої межі діапазону досягають в твердих тілах кількох десятків сантиметрів. УЗВ загасають значно швидше, ніж хвилі низькочастотного діапазону, так як коефіцієнт поглинання звуку (на одиницю відстані) пропорційний квадрату частоти.
Ще одна дуже важлива особливість УЗ - можливість отримання високих значень інтенсивності при відносно невеликих амплітудах коливального зміщення, так як при даній амплітуді інтенсивність прямо пропорційна квадрату частоти. Амплітуда коливального зміщення на практиці обмежена міцністю акустичних випромінювачів. Найважливішим нелінійним ефектом в ультразвуковому полі є кавітація - виникнення в рідини маси пульсуючих бульбашок, заповнених паром, газом або їх сумішшю. Складний рух бульбашок, їх закриттю, злиття один з одним і т. Д. Породжують в рідині імпульси стиснення (мікроударние хвилі) і мікропотоки, викликають локальне нагрівання середовища, іонізацію. Ці ефекти впливають на речовину: відбувається руйнування знаходяться в рідині твердих тіл (кавітаційна ерозія), ініціюються або прискорюються різні фізичні і хімічні процеси.
Змінюючи умови протікання кавітації, можна підсилювати або послаблювати різні кавитационні ефекти. Наприклад, зі зростанням частоти УЗ збільшується роль мікропотоків і зменшується кавітаційна ерозія, зі збільшенням гідростатичного тиску в рідині зростає роль мікроударних впливів. Збільшення частоти зазвичай призводить до підвищення порогового значення інтенсивності, що відповідає початку кавітації, яке залежить від роду рідини, її газосодержания, температури і ін. Для води в низькочастотному ультразвуковому діапазоні при атмосферному тиску воно зазвичай становить 0,3-1 Вт / см3.
джерела ультразвуку
У природі УЗ зустрічається в складі багатьох природних шумів (в шумі вітру, водоспаду, дощу, в шумі гальки, перекочується морським прибоєм, в звуках, які супроводжують грозові розряди, і т. Д.), А також в світі тварин, що використовують його для ехолокації і спілкування. Технічні випромінювачі ультразвуку, що використовуються при вивченні УЗВ і їх технічних застосуваннях, Можна поділити на дві групи.
До першої відносяться випромінювачі-генератори (свистки). Коливання в них порушуються через наявність перешкод на шляху постійного потоку струменя газу або рідини.
Друга група випромінювачів - електроакустичні перетворювачі: вони перетворять вже задані електричні коливання в механічні коливання будь-якого твердого тіла, яке і випромінює в навколишнє середовище акустичні хвилі.
Застосування ультразвуку.
Різноманітні застосування УЗ, при яких використовуються різні його особливості, можна умовно розбити на три напрямки.
Перша пов'язана з отриманням інформації за допомогою УЗВ, друге - з активним впливом на речовина і третє - з обробкою і передачею сигналів (напрямки перераховані в порядку їх історичного становлення).
Принципи ультразвукового очищення.
Основну роль при впливі УЗ на речовини і процеси в рідинах грає кавітація. На квітці заснований отримав найбільшого поширення ультразвукової технологічний процес - очищення поверхонь твердих тіл. Залежно від характеру забруднень більше чи менше значення можуть мати різні прояви кавітації, такі як мікроударние впливу, мікропотоки, нагрівання. Підбираючи параметри звукового поля, фізико-хімічні властивості миючої рідини, її газосодержание, зовнішні фактори (тиск, температуру), можна в широких межах управляти процесом очищення, оптимізуючи його стосовно типу забруднень і виду очищаються деталей.
Різновидом очищення є травлення в ультразвуковому полі, де дія УЗ поєднується з дією сильних хімічних реагентів. Ультразвукова металлизация і пайка грунтуються фактично на ультразвукововой очищення (в т. Ч. Від окисної плівки) З'єднуються або металізуюча поверхонь. Очищення при пайку обумовлена кавитацией в розплавленому металі. Ступінь очищення при цьому така висока, що утворюються сполуки неспаіваемих в звичайних умовах матеріалів, наприклад, алюмінію з іншими металами, різних металів зі склом, керамікою, пластмасами. У процесах очищення та металізації істотне значення має також звукокапілярний ефект, що забезпечує проникнення миючого розчину або розплаву в найдрібніші тріщини і пори.
Механізми очищення і відмивання.
Очищення в більшості випадків вимагає, щоб забруднення були розчинені (в разі розчинення солей), зчищені (в разі нерозчинних солей) або і розчинені, і зчищені (як у випадку нерозчинних частинок, закріплених в шарі жирових плівок). Механічні ефекти ультразвукової енергії можуть бути корисні як для прискорення розчинення, так і для відділення частинок від поверхні, що очищається.
Ультразвук також можна ефективно використовувати в процесі ополіскування. Залишкові хімікалії миючих середовищ можуть бути швидко видалені ультразвуковим обполіскуванням. При видаленні забруднень розчиненням, розчинника необхідно увійти в контакт з забруднює плівкою і зруйнувати її.
У міру того як розчинник розчиняє забруднення, на кордоні розчинник-забруднення виникає насичений розчин забруднення в розчиннику, і розчинення зупиняється, оскільки немає доставки свіжого розчину до поверхні забруднення. Вплив ультразвуку руйнує шар насиченого розчинника і забезпечує доставку свіжого розчину до поверхні забруднення. Це особливо ефективно, в тих випадках, коли очищення піддаються "неправильні" поверхні з лабіринтом пазух і рельєфу поверхонь, до яких відносяться друковані плати та електронні модулі. Деякі забруднення являють собою шар нерозчинних частинок, міцно зчеплений з поверхнею силами іонної зв'язку та адгезії. Ці частинки досить тільки відокремити від поверхні, щоб розірвати сили тяжіння і перевести їх в обсяг миючої середовища для подальшого видалення. Кавітація і акустичні течії зривають з поверхні забруднення типу пилу, змивають і видаляють їх.
Забруднення, як правило, багатокомпонентні і можуть в комплексі містити розчинні і нерозчинні компоненти. Ефект УЗ в тому і полягає, що він емульгує будь-які компоненти, тобто переводить їх в миючу середу і разом з нею видаляє їх з поверхні виробів. Щоб ввести ультразвукову енергію в систему очищення необхідний УЗ-генератор, перетворювач електричної енергії генератора в УЗ-випромінювання і вимірювач акустичної потужності.
Електричний ультразвуковий генератор конвертує електричну енергію мережі в електричну енергію на ультразвукової частоті. Це виконується відомими способами і не має будь-якої специфіки. Однак, краще використовувати цифрову техніку генерації, коли на виході виходять прямокутні імпульси чергується полярності. ККД таких генераторів близький до 100%, що дозволяє вирішити проблему енергоємності процесу. Використання сигналу прямокутної форми призводить до акустичного випромінювання, багатому гармоніками. Переваги многочастотной системи очищення полягають у тому, що в обсязі миючої середовища не утворюється "мертвих" зон в вузлах інтерференції. Тому багаточастотну УЗ-опромінення дозволяє розташовувати об'єкт очищення практично в будь-якій зоні УЗ-ванни.
Іншим прийомом позбавлення від "мертвих" зон є використання генератора з хитається частотою. В цьому випадку вузли і пучности интерференционного поля переміщаються на різні точки очищає системи, не залишаючи без опромінення будь-які ділянки для очищення. Але ККД таких генераторів відносно низький.
Перетворювачі.
Є два загальних типу ультразвукових перетворювачів: магнітострикційний і п'єзоелектричний. Вони обидва виконують однакову задачу перетворення електричної енергії в механічну. У магнітострикційних перетворювачів використовують ефект магнітострикції, при якому деякі матеріали змінюють лінійні розміри в змінному магнітному полі. Електрична енергія від ультразвукового генератора спочатку перетвориться обмоткою магнітостріктора в змінне магнітне поле. Змінне магнітне поле, в свою чергу, породжує механічні коливання ультразвукової частоти за рахунок деформації муздрамтеатру в такт з частотою магнітного поля. Оскільки магнітострикційні матеріали поводяться подібно електромагнітам, частота їх деформаційних коливань в два рази вище частоти магнітного, а, значить, і електричного поля.
Електромагнітним перетворювачів властивий зростання втрат енергії на вихрові струми і перемагничивание з ростом частоти. Тому потужні магнітострикційні перетворювачі рідко використовують на частотах вище 20 кГц.
П'єзоперетворювачі, навпаки, можуть добре випромінювати в мегагерцовому діапазоні. Магнітострикційні перетворювачі взагалі менш ефективні, ніж їх пьезое-лектріческая аналоги. Це обумовлено, перш за все, тим, що магнітострикційні перетворювач вимагає подвійного енергетичного перетворення: з електричного в магнітне і потім з магнітного в механічне. Втрати енергії відбуваються на кожному перетворенні. Це зменшує ККД магнітострікторов.
П'єзоперетворювачі конвертують електричну енергію прямо в механічну за рахунок використання п'єзоелектричного ефекту, при якому деякі матеріали (п'єзоелектрики) змінюють лінійні розміри при додатку електричного поля.
Раніше для пьезоізлучателей використовували такі п'єзоелектричні матеріали як природні кристали кварцу і синтезується титанат барію, які були крихкими і нестабільними, а тому і ненадійними.
В сучасних перетворювачах використовують більш міцні і високостабільні керамічні п'єзоелектричні матеріали. Переважна більшість систем УЗ-очищення використовують сьогодні п'єзоелектричний ефект.
Устаткування ультразвукового очищення.
Діапазон використовуваного обладнання ультразвукового очищення дуже широкий: від малих настільних модулів в стоматології, ювелірних магазинах, електронної індустрії до величезних систем з обсягами в кілька тисяч літрів в ряді промислових застосувань. Правильний вибір необхідного обладнання має першорядне значення в успіху застосування ультразвукового очищення. Найпростіше застосування УЗ очищення може вимагати лише нагрітої миючої рідини. Більш складні системи очищення вимагають великої кількості ванн, останні з яких повинні бути наповнені дистильованою або деионизированной водою.
самі великі системи використовують занурюються ультразвукові перетворювачі, комбінація яких може опромінити ванни майже будь-якого розміру. Вони забезпечують максимальну гнучкість і легкість у використанні і обслуговування. Ультразвукові ванни з підігрівом миючого розчину найбільш часто застосовуються в лабораторіях, медицині, ювелірній справі.
Лінії УЗ-очищення, що використовуються в великому виробництві, об'єднують в одному корпусі електричні УЗ-генератори, УЗ-перетворювачі, транспортну систему переміщення об'єктів очищення по ванн і систему управління. УЗ-ванни можуть бути включені в лінію хімікогальванічні металізації з використанням модульних занурюються ультразвукових перетворень-зователем.
Системи УЗ-очищення
При виборі системи очищення особливо важливо звертати увагу на ті характеристики, які дозволяють найбільш ефективно використовувати її. В першу чергу важливо визначити чинники інтенсивності ультразвукової кавітації в миючої рідини. Температура рідини - найбільш важливий фактор, Що забезпечує інтенсивність кавітації. Зміни температури призводять до змін в'язкості, розчинності газу в рідині, швидкості дифузії розчинених газів в рідині і тиску пари.
Всі вони впливають на інтенсивність кавітації. В'язкі рідини інерційні і не можуть реагувати досить швидко, щоб формувати кавитационні бульбашки і сильні акустичні течії. Для найбільш ефективної кавітації очищає рідина повинна містити якомога менше розчиненого газу.
Газ, розчинений у рідині, виходить під час бульбашкового фази зростання кавітації і послаблює її вибуховий ефект, який необхідний для очікуваного ефекту ультразвукового впливу. Кількість розчиненого газу в рідині зменшується зі збільшенням температури.
Швидкість дифузії розчинених газів в рідині також збільшується при більш високих температурах. Тому перевагу віддають очищення в підігрітих миючих розчинах.
Пароподібна кавітація, в якій кавитационні бульбашки заповнені парою рідини, є найбільш ефективною. Інтенсивність кавітації прямо пов'язана з потужністю ультразвукового опромінення. Зазвичай її встановлюють вище кавитационного порога. Інтенсивність кавітації обернено пропорційна ультразвукової частоті: зі збільшенням ультразвукової частоти зменшуються розміри кавітаційних бульбашок і їх результуюча вплив на зовнішніх поверхнях. Компенсувати зменшення інтенсивності ультразвукового впливу зі збільшенням частоти можна тільки збільшенням потужності опромінення.
Забезпечення максимального ефекту очищення
Вдалий вибір миючих середовищ - запорука успіху в процесі ультразвукового очищення. В першу чергу обраний склад повинен бути сумісний з матеріалами очищуються. Найбільш підходять для цього водні розчини технічних миючих засобів. Як правило, це звичайні поверхнево активні речовини (ПАР). Дегазація миючих розчинів надзвичайно важлива в досягненні задовільних результатів очищення. Свіжі розчини або розчини, які напередодні були охолоджені, повинні бути дегазовані перед процесом очищення. Дегазація виконується нагріванням рідини і попередніми опроміненням ванни ультразвуком. Час, заданий для дегазації рідини, становить від кількох хвилин для ванн малого розміру до години або більше для великого резервуара. Ненагретий резервуар може дегазувати кілька годин. Ознакою закінчилася дегазації є відсутність видимих бульбашок газу, що переміщаються до поверхні рідини, і відсутність видимої пульсацій бульбашок. Потужність ультразвукового опромінення повинна зіставлятися з об'ємом ванни. Очищення масивних об'єктів або мають велике відношення поверхні до маси, може вимагати додаткової ультразвукової потужності. Надмірна потужність може викликати кавитационную ерозію або "спалюючи ющий" ефект на м'якій поверхні. Якщо очищаються об'єкти з різнорідними поверхнями, потужність опромінення рекомендується встановити по менш міцному компоненту.
Важливо правильно розміщувати очищаються об'єкти в ванні. Занурюються пристрої не повинні екранувати об'єкти від впливу ультразвуку.
Тверді матеріали зазвичай мають гарну звукопроводностью і не екранують об'єкт очищення. Разом з тим, об'єкти очищення потрібно постійно орієнтувати або обертати їх під час очищення так, щоб повністю очистити внутрішні пазухи і глухі отвори.
Належним чином використовувана ультразвукова технологія забезпечує більшу швидкість і висока якість очищення поверхонь.
Відмова від використання розчинників за рахунок застосування водних середовищ здешевлює процес і найбільш ефективно вирішує екологічні проблеми.
Ультразвук - це не технологія майбутнього, це технологія сьогоднішнього дня.
Аркадій Медведєв.
