Телефон и факс:+7 (3854) 43-25-81
Главная → Многофункциональные ультразвуковые аппараты и их применение в условиях малых производств, сельском и домашнем хозяйстве → 5. Конструкции многофункциональных аппаратов

5. Конструкции многофункциональных аппаратов

Примечание редактора: В связи с тем, что монография была написана в 1997 году, модельный ряд ультразвуковых аппаратов, приведенный в этой главе устарел. Рекомендуется пользоваться современным модельным рядом, который можно посмотреть в разделе Аппараты.

Проведенный анализ возможных областей применения, выработка общих требований к аппаратам, а также разработанные малогабаритные, высокоэффективные ультразвуковые колебательные системы и созданные для их питания генераторы, позволили разработать многофункциональные ультразвуковые аппараты технологического назначения.

5.1. МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ АППАРАТ ДЛЯ ИНДИВИДУЛЬНОГО ПОТРЕБИТЕЛЯ

Показанный на фото 5.1. многофункциональный аппарат мощностью 25 Вт создан специально для использования индивидуальным потребителем.


Фото 5.1. Многофункциональный аппарат мощностью 25 вт.

Примечание редактора: В настоящее время ультразвуковые аппараты с независимым возбуждением без автоподстройки частоты не выпускаются. Такой аппарат можно заменить любым современным аппаратом.

Аппарат конструктивно выполнен в виде двух отдельных блоков: генератора электрических колебаний ультразвуковой частоты и ультразвуковой колебательной системы, соединенных электрическим кабелем.

Корпус генераторного блока выполнен из пластмассы и имеет форму параллепипеда. На передней панели корпуса размещены индикатор питания и ручка регулировочного резистора, обеспечивающего настройку аппарата. На задней панели корпуса укреплена сетевая вилка для подключения к стандартной розетке сети переменного тока 220 В, 50 Гц. На боковой поверхности корпуса размещен выключатель питания.

В аппарате для индивидуального потребителя отсутствует таймер и не предусмотрена система автоматического регулирования. Поэтому, настройка на оптимальный режим УЗ воздействия обеспечивается вручную и аппарат не выключается автоматически после завершения проводимых процессов.

Ультразвуковая колебательная система выполнена на основе пьезокерамических элементов диаметром 30 мм и толщиной 4 мм из пьезоматериала ЦТС - 24.

Генератор аппарата выполнен по схеме с независимым возбуждением, показанной на рис. 4.2.

Технические характеристики 

Мощность, потребляемая от сети,Вт   25 ± 2,5
Напряжение питания, В   220 ± 22
Частота питающей сети, Гц   50
 Рабочая частота аппарата, кГц  22 ± 1,65
Объем обрабатываемой жидкости, л  0,05....0,2
Амплитуда колебаний, мкм не менее  30
Время непрерывной работы, мин не более  20
Габаритные размеры: генератора, мм не более  110х95х55
           колебательной системы, мм не более  160х50
Вес аппарата, кг не более  0.5


5.2. МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ АППАРАТ МОЩНОСТЬЮ 40 ВТ (МИКСЕР "АЛЁНА").

Для индивидуального потребителя, использующего многофункциональный аппарат в домашнем хозяйстве для приготовления различных препаратов и обработки жидких сред в объемах от 0,1 до 0,3 л , снятия накипи, обработки семян перед посадкой, выполнения отверстий, мойки ювелирных изделий и выполнения множества других операций используется многофункциональный ультразвуковой аппарат мощностью 40 Вт, показанный на фото 5. 2.


Фото 5.2 Многофункциональный аппарат мощностью 40 вт.

Примечание редактора: Такой аппарат в настоящее время не выпускается. Современную модификацию фитомиксера смотрите здесь...>

Функционально аппарат состоит из двух блоков - электронного и колебательной системы. Электронный блок многофункционального аппарата содержит генератор электрических колебаний, выполненный по схеме с независимым возбуждением (рис. 4.3.) и электронный таймер, обеспечивающий включение генератора на время, необходимое для проведения процессов.

Корпус электронного блока имеет форму параллепипеда со скругленными углами. Панель управления электронного блока имеет скругленные края и на ней размещены: клавиша "СЕТЬ" включения сетевого питания, индикатор включения сетевого питания, ручка регулятора "НАСТРОЙКА" , светодиодный индикатор настройки , ручка регулятора времени работы аппарата "ВРЕМЯ", кнопка включения аппарата "ПУСК". На задней панели электронного блока размещен выходной электрический разъем для подключения колебательной системы.

Электронный фитомиксер снабжен шнуром со стандартной сетевой вилкой для подключения к сети переменного тока напряжением 220 В. Аппарат не требует заземления и может использоваться в различных помещениях, в том числе и в домашних условиях при соблюдении правил техники безопасности.

Колебательная система размещена в пластмассовом корпусе и имеет узел крепления на стандартные объемы ( стаканы, банки и т.п. ). 

Технические характеристики

Мощность, потребляемая от сети, Вт  40 ± 4
Напряжение питания, В  220 ± 22
Частота питающей сети, Гц  50
Рабочая частота аппарата, кГц  22 ± 1,65
Объем обрабатываемой жидкости, л  0,1....0,3
Амплитуда колебаний, мкм не менее  50
Время непрерывной работы, мин не более  40
Габаритные размеры:
генератора, мм не более  160х100х95
колебательной системы, мм не более  160х90
Вес аппарата, кг не более  3


5.3. МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ АППАРАТ МОЩНОСТЬЮ 160 ВТ.
(ЭЛЕКТРОННЫЙ ФИТОМИКСЕР "АЛЁНА")

Для обеспечения потребностей малых предприятий, мелкосерийного аптечного производства, лабораторных исследований, а также для индивидуальных потребителей в домашнем и сельском хозяйстве наиболее эффективно использование многофункционального ультразвукового аппарата мощностью 160 Вт (потребительское название - электронный фитомиксер "АЛЁНА").

Внешний вид аппарата показан на фото5.3.

 


Фото 5.3. Многофункциональный аппарат мощностью 160 вт.

Примечание редактора: Описание современной модификации фитомиксера "Алёна" смотрите здесь..>.

Конструктивно (см. фото 5.3.) электронный фитомиксер выполнен в виде двух отдельных блоков: электронного и миксера, электрически соединенных между собой кабелем.

Электронный блок фитомиксера представляет собой генератор высокочастотных колебаний (22 кГц), предназначенных для преобразования в упругие механические колебания. В состав электронного блока входит также электронный таймер, обеспечивающий включение аппарата на задаваемый потребителем промежуток времени.

Корпус электронного блока имеет форму параллепипеда со скругленными углами. Внутри корпуса размещены платы с радиодеталями. Панель управления электронного блока имеет скругленные края и на ней размещены: клавиша "СЕТЬ" включения сетевого питания, индикатор включения сетевого питания, ручка регулятора "НАСТРОЙКА", индикатор настройки, ручка регулятора времени работы аппарата "ВРЕМЯ", клавиша включения аппарата "СТОП/ПУСК", выходной электрический разъем для подключения миксера.

Электронный фитомиксер снабжен шнуром со стандартной сетевой вилкой для подключения к сети переменного тока напряжением 220 В. Аппарат не требует заземления и может использоваться в различных помещениях, в том числе и в домашних условиях при соблюдении указанных далее правил техники безопасности.

Миксер предназначен для осуществления ультразвукового воздействия на обрабатываемые материалы и включает в себя: цилиндрический объем - стакан, держатель на котором размещена ультразвуковая колебательная система, обеспечивающая преобразование электрических высокочастотных колебаний, поступающих от электронного блока, в упругие механические. Ультразвуковая колебательная система обеспечивает также усиление механических колебаний и их введение в обрабатываемые среды. Активные пьезокерамические элементы колебательной системы защищена корпусом. Ультразвуковая колебательная система состоит из преобразователя, совмещенного с усилителем-концентратором механических колебаний, и заканчивается рабочим инструментом.

Для вертикального перемещения преобразователя в стакане миксера предусмотрена регулировочная гайка. На цилиндрической поверхности стакана, выполненного из прозрачного полимерного материала, нанесены метки, показывающие объем находящейся в стакане жидкости. На внутренней поверхности держателя выполнена кольцевая опора, позволяющая устанавливать ультразвуковую колебательную систему на стандартные стеклянные банки емкостью от 0,2 до 3 л. для обработки как меньших, так и больших объемов веществ, чем это предусматривает входящий в комплект фитомиксера стакан.

Технические характеристики

Напряжение питания, В  220 ± 22
Частота возбуждаемых механических колебаний, кГц  22 ± 1,65
Потребляемая мощность, вт не более  160
Объем обрабатываемой жидкости, л  0, 3 ... 1,0
Амплитуда колебаний, мкм не менее  30
Время работы, устанавливаемое таймером, мин  0. .. 1 0
Время непрерывной работы, мин не более  30
с последующим перерывом, мин не менее  15
Класс электробезопасности 2, тип  В
Масса аппарата (в упаковке), кг не более  3,5
Габаритные размеры электронного блока, мм  180х115х95
Габаритные размеры миксера, мм  170х105


В основу работы аппарата положен принцип электронного преобразования энергии питающей сети в механические упругие колебания с помощью пьезоэлектрического эффекта. В течении определенного интервала времени, задаваемого с помощью таймера, генератор вырабатывает электрические колебания высокой частоты. Эти электрические колебания от генератора передаются в миксер и поступают на электрические контакты пьезокерамических элементов.

Пьезокерамические элементы за счет пьезоэффекта начинают расширяться и сжиматься в такт с частотой подаваемого от генератора электрического сигнала. Окружающие с двух сторон пьезокерамические элементы металлические резонаторы позволяют выделить и усилить механические колебания заданной частоты (22 кГц). Резонатор, расположенный со стороны рабочей поверхности выполнен в виде цилиндрического стержня переменного сечения что обеспечивает увеличение амплитуды механических колебаний, передаваемых на рабочий инструмент. Рабочий инструмент для обработки жидких сред выполнен сменным и представляет собой металлический диск диаметром 20 мм, находящийся при работе фитомиксера в непосредственном контакте с обрабатываемыми средами. Выполнение концентратора и рабочего инструмента из специальной антикоррозионной стали позволяет обрабатывать практически любые материалы, за исключением кислот и щелочей.

При обработке твердых материалов используются сменные рабочие инструменты, показанные на рис. 3.7.

Генератор такого многофункционального аппарата выполнен по схеме с независимым возбуждением и автоматической подстройкой рабочей частоты, показанной на рис. 4.5.

При технологическом применении многофункционального аппарата необходимо соблюдать следующие основные правила.

Залейте в стакан миксера необходимый объем жидкости, ориентируясь по меткам на боковой поверхности стакана и засыпьте необходимое количество твердого вещества. Количества обрабатываемых материалов выбирается по изложенным далее методикам.

Установите держатель с ультразвуковой колебательной системой в стакан миксера так, что бы рабочий инструмент был погружен в жидкость не глубину не менее 20...50 мм.

Наиболее оптимальным будет такое погружение рабочего инструмента в жидкость при котором расстояние от рабочего инструмента до дна стакана составляет 50...70 мм. Необходимая глубина погружения рабочего инструмента устанавливается вращением регулировочной гайки. Подключите миксер к электронному блоку с помощью соединительного кабеля, а электронный блок к сети переменного тока с помощью сетевого шнура. Включите электронный фитомиксер клавишей "СЕТЬ" на передней панели электронного блока. При этом должен загораться расположенный над клавишей индикатор. Вращением ручки регулировки "ВРЕМЯ" установите необходимый временной интервал работы фитомиксера в пределах от 0 до 10 минут.

Клавишу "ПУСК/СТОП" установите в верхнее положение и зафиксируйте ее на 1...2 сек., а затем отпустите. При этом произойдет включение аппарата, загорится индикатор, расположенный над ручкой регулятора "НАСТРОЙКА" и появится характерный шум от кавитационного процесса в стакане миксера. Плавно вращая ручку регулятора "НАСТРОЙКА" по часовой стрелке и наблюдая за свечением индикатора добейтесь устойчивой работы фитомиксера с максимальной эффективностью. Этот момент характеризуется максимальным свечением индикатора настройки, максимальным кавитационным шумом.

По истечении времени, заданного с помощью таймера, аппарат автоматически выключится. Полученные вещества слейте из стакана миксера для дальнейшего использования. Обработку больших объемов жидкостей в стандартных или нестандартных емкостях, а также обработку больших количеств твердых веществ в малом количестве жидкости следует осуществлять при интенсивном перемешивании. Это необходимо потому, что ультразвуковое поле не является однородным и сильно ослабляется в жидкодисперсных составах. В связи с этим различные участки обрабатываемого объекта одновременно получают различные дозы ультразвуковой энергии.

5.4. МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ АППАРАТ МОЩНОСТЬЮ 400 ВТ
( "СОНАТОР - 22/04 - 01" )

Для удовлетворения потребностей малых и средних высокотехнологичных производств, сельского хозяйства, химической, фармацевтической и ювелирной промышленности, т.е. при эксплуатации в условиях, где необходимо обрабатывать большое количество жидкостей в объемах до 3 л и решать множество производственных задач по выполнению отверстий в хрупких материалах, получению эмульсий, сварке полимерных пленок, линолеума и т.п. используется многофункциональный аппарат мощностью 400 Вт (Сонатор 22/04 - 01) [23 ].

Внешний вид аппарата с входящими в его комплект ультразвуковыми колебательными системами и рабочими инструментами показан на фото 5.4.


Фото 5.4. Многофункциональный аппарат мощностью 400 вт

Аппарат ультразвуковой многофункциональный (см. фото) состоит из электронного блока и соединяемых с ним кабелем одной из четырех УЗ колебательных систем различного функционального назначения.

В каждой ультразвуковой колебательной системе предусмотрено резьбовое крепление сменных рабочих органов, предназначенных для реализации различных технологических операций. Один из преобразователей предназначен для обработки твердых материалов различными рабочими инструментами, показанными на рис. 3.7. (склейка - рис. 3.7.а), (сверление, гравировка - рис.3.7е - 3.7.з), (полосовая сварка - рис.3.7.в), (точечная сварка - рис. 3.7.г). Второй из преобразователей, показанных на фото 5.4. предназначен для обработки в стандартных емкостях жидкостей и различных твердых материалов в этих жидкостях с использованием двух рабочих инструментов (введение колебаний без фокусировки - рис. 3.7.а) и (с фокусировкой УЗ колебаний - рис. 3.7.б). Третий из преобразователей, показанных на фото 5.4. предназначен для обработки жидких сред с введением через центральный канал колебательной системы других жидкостей или газов с использованием двух рабочих инструментов - инструмента, показанный на рис. 3.7.а, но с внутренним осевым каналом и инструмента, показанного на рис. 3.7.б для фокусировки колебаний в зону обработки (с осевым каналом).

В комплект аппарата входит также ультразвуковая колебательная система с виде полуволнового преобразователя и рабочего инструмента в виде цилиндрической ванны.

Корпус электронного блока имеет форму несимметричного параллелепипеда со скошенными сторонами и скругленными углами. Панель управления отформована таким образом, что ее верхняя (2/3 ширины) и нижняя (1/3 ширины) части расположены в различных плоскостях. На передней панели размещены ручки органов управления "НАСТРОЙКА", "КАЛИБРОВКА", "МОЩНОСТЬ". В верхней части панели управления выполнены также одно прямоугольное и два квадратных окна, в которых расположены светодиодные индикаторы "МОЩНОСТЬ", "НАСТРОЙКА", "ПЕРЕГРУЗКА". В нижней части панели управления расположена клавиша выключателя питания.

Генератор многофункционального УЗ аппарата мощностью 400 Вт выполнен по схеме с независимым возбуждением и автоматической подстройкой частоты, показанной на рис. 4.6 и рис. 4.7.

 

Технические характеристики

Мощность, потребляемая от сети, Вт  400
Напряжение однофазной питающей сети, В  220+-20
Пределы плавной регулировки выходной мощности, Вт  100-400
Рабочая частота, кГц  22 ± 1,6
Условия эксплуатации:
- температура окружающего воздуха, град. С  10-40
- относительная влажность, %, не более  80
Габаритные размеры электронного блока, мм, не более  260х220х110
Вес, кг, не более  7
Принцип преобразования электрических колебаний в механические  пьезоэффект
Частота колебательных систем, кГц  22 ± 1,6
Система охлаждения преобразователей  воздушная, не принудительная
Количество преобразователей в комплекте, шт.  4
Габаритные размеры без учета рабочих инструментов, мм, не более   70х130
Вес, кг, не более  0.3
Количество сменных рабочих инструментов, шт.  12
Амплитуда на торце рабочего инструмента при максимальной мощности, мм, не менее  50

659305, г. Бийск, ул. Трофимова 27, корп. Б, каб. 101-1

+7 (3854) 43-25-81

vnh@bti.secna.ru