Ultraäänianturin tyyppi: magnetostriktiivisen ja pietsosähköisen anturin vertailu
Prosessiin tarvittavien ääniaaltojen tuottamiseksi on kahden tyyppisiä antureita: pietsosähköinen ja magnetostriktiivinen. Vaikka niiden toiminnot ovat riittäviä, jotta siitä tulee paikka markkinoilla, kaikilla ultraääniantureilla on omat ominaisuutensa, joten ne soveltuvat paremmin tiettyihin tehtäviin. Niiden vertaamiseksi on tarpeen tutkia niiden toimintaa ja niiden ominaisuuksia.
1. Toimintaperiaate
Pietsosähköinen tekniikka käyttää lyijysirkonaattititanaatista valmistettua kristallia, jolla on erityiset sähköiset ominaisuudet. Anturissa tässä kristallimateriaalissa on kaksi johtoa, jotka on kiinnitetty vastakkaisiin pintoihin. Sitten kide ja johdot asennetaan koteloon kahden metallilevyn väliin. Kun virta kulkee johdotuksen läpi ja tulee kiteen sisään, kide muuttaa nopeasti muotoaan ja laajenee. Kun virta katkeaa, kide palaa alkuperäiseen muotoonsa. Tätä tekniikkaa käyttävä ultraäänianturi kiertää nopeasti virtaa kiteen läpi määrätyllä taajuudella, mikä tuottaa resonanssivaikutuksen.
Magnetostriktiivisen ultraäänianturin toimintaperiaate on, että rikkaat metallit laajenevat ja supistuvat, kun ne altistuvat magneettikentälle. Tämän käytöksen hyödyntämiseksi rautapitoiset metallisydämet kääritään kuparilangoihin. Komponentti on sitten säiliössä. Kun virta kulkee kuparilangan läpi, metallisydän laajenee ja pidentyy. Pietsosähköisen anturin tavoin myös asetetulla taajuudella oleva virta tuottaa resonanssivaikutuksen.
2. Kiinteä tapa
Liimaa käytetään pietsosähköisen ultraäänianturin kiinnittämiseen ultraäänipuhdistimen koteloon. Kun pietsosähköinen tekniikka otettiin ensimmäisen kerran käyttöön, se aiheutti ongelmia, koska liima heikkeni ja lopulta epäonnistui. Lentokoneteollisuudessa käytettävän tekniikan kehityksen vuoksi tätä rajoitusta ei enää ole. Toistuvasta käytöstä huolimatta nykyaikaiset liimat eivät vieläkään salli anturin kiinnitystä.
Magnetostriktiivisen anturin kotelo hitsataan suoraan ultraäänipuhdistimen säiliöön, mikä antaa lujan, tuskin rikkoutuvan sidoksen.
3. Ultraäänianturin taajuus
Ihanteellinen ultraäänipuhdistuksen tila on toimia taajuudella 40 kHz - 70 kHz, mutta prosessi voidaan silti suorittaa laajalla alueella 25 kHz - 170 kHz.
Magnetostriktiiviset ultraäänianturit voivat toimia vain 30 kHz: n taajuuksilla, mikä tarkoittaa, että niiden sovellettavia käyttötarkoituksia on rajoitettu. Tässä tapauksessa magnetostriktiivisen anturin ultraäänipuhdistusjärjestelmän paras käyttö on suurille koneille, joiden epäpuhtauksia on vaikea poistaa. Prosessi ei myöskään saa vaatia koneen perusteellista puhdistusta. Esimerkkiä tästä sovelluksesta voidaan käyttää galvanoinnin prosessilinjalla.
Toisaalta pietsosähköinen ultraäänianturi voi toimia kaikilla 25 - 170 kHz: n alueilla, mikä tekee sen käytöstä erittäin monipuolista.
4. Energiankulutus
Magnetostriktiivisten ultraääniantureiden on muunnettava sähköenergia magneettiseksi energiaksi ja käytettävä sitä sitten mekaanisen energian tuottamiseen. Koko prosessi tuottaa paljon hukkaan menevää energiaa, joka yleensä hukataan lämpöenergian muodossa.
Pietsosähköinen ultraäänianturi voi muuntaa matalajännitevirran mekaaniseksi energiaksi yhdessä vaiheessa, mikä tekee siitä erittäin tehokkaan. Siksi pietsosähköinen muunnin voi suorittaa enemmän työtä kuluttamalla saman määrän sähköenergiaa.
5. Luonnollinen ultraäänianturin melutaso
Kun harmonisia taajuuksia syntyy, sub-harmoniset taajuudet tuotetaan yleensä luonnontuotteina. Useimpien pietsosähköisten antureiden toimintataajuus on 40 kHz tai korkeampi, mikä tarkoittaa, että ensimmäinen syntyvä aliharmooninen on 20 kHz, mikä on ihmisen normaalin kuuloalueen ulkopuolella.
Magnetostriktiiviset ultraäänianturit toimivat yleensä 30 kHz: n tai sitä alemmalla taajuudella ja tuottavat kuultavia sub harmonisia taajuuksia. Nämä taajuudet kuulostavat samanlaisilta kuin lähellä olevista korkeajännitteisten sähkö- tai muuntajien humina. Kun samaan ultraäänipuhdistussäiliöön asennetaan useita magnetostriktiivisiä antureita, melutaso edellyttää suojaavien kuulolaitteiden käyttöä.
6. Ultraäänianturin odotettu käyttöikä
Pietsosähköiset muuntimet käyttävät ensin kvartsikiteitä, ja ajan myötä kvartsikiteet lopulta menettävät voimansa. Sittemmin insinöörit ovat luoneet puolijohdekeraamisia materiaaleja, jotka voidaan esivanhentaa erityisellä prosessilla, mikä vähentää kulumista komponenttien asennuksen jälkeen.
Yhdistettynä uusiin kiteisiin yhdisteisiin niiden käyttöikä on yhtä pitkä kuin magnetostriktiivisten antureiden, ja magnetostriktiivisten antureiden käyttöikä on aina ollut pitkä.
