ژنراتور التراسونیک

ژنراتور التراسونیکی انرژی الکتریکی را از فرکانس  Hz60-50 و اختلاف پتانسیل  V240-120 به فرکانس التراسونیکی با ولتاژ V 2000-500 تبدیل می­کند که اين مقدار ولتاژ به توان خروجي مدنظر ژنراتور بستگي دارد (شکل 1) . ژنراتورهایی که برای تحریک پیزوالکتریک­ها به کار می­رود، اغلب دارای تنظیم اتوماتیک یا کنترل کننده فرکانس هستند که تغییر در فرکانس رزونانس پیزوالکتریک­ها را جبران می­کند. از طرفی ژنراتوری که برای تحریک ترانسدیوسر مگنتواستریکتیو به کار می­رود، به علت پایداری بیشتر فرکانس رزونانس به کنترل کننده فرکانس نیاز ندارد.

شکل 1- ژنراتور التراسونیک

شکل موج خروجی ژنراتورهای التراسونیک متفاوت است. سه نوع موج خروجی نیم موج، تمام موج و موج پیوسته مورد استفاده قرار گیرد. حداکثر توان در نوع تمام موج دو برابر قدرت میانگین، در نوع نیم موج چهار برابر قدرت میانگین و در موج پیوسته برابر قدرت میانگین است. هنگام بحث درباره قدرت خروجی معمولاً از قدرت متوسط خروجی استفاده می­شود.

موج خروجی سينوسي

اعمال موج سينوسي به ترانسدیوسر التراسونیکی منجر به تحريک ترانسديوسر در يک تک فرکانس مي‌گردد که از نظر اجرايي محبوب‌ترين نوع پالس قابل استفاده در منبع‌هاي تغذيه يونيورسال مي‌باشد.

موج خروجی مربعی

اعمال موج مربعی به ترانسدیوسر التراسونیکی منجر به خروجی نوسانی می­شود که نتیجه آن سیستم­های شستشویی است که بطور همزمان تحت چند فرکانس که هماهنگ­های فرکانس اصلی هستند، ارتعاش می­کنند. سیستم­های چند فرکانسی، مزایای تمام فرکانس­ها را در یک مخزن شستشوی التراسونیکی ایجاد می­کنند.

موج خروجی پالسی

در حالت پالسی انرژی خروجی با زمان قابل تنظیم از چند ثانیه تا چند صد ثانیه، روشن و خاموش می­شود که شماتیک آن در شکل 2 نشان داده شده است. نرخ پالس کم با ایجاد فرصت کافی برای به سطح آمدن حباب­ها در حین خاموشی پالس باعث گاز زدایی سریع مایعات می­شود و نرخ پالس سریع، موجب تشدید مکانیزم شستشو با افزایش انفجارهای پر انرژی در لحظه روشنی منبع می­شود. همچنین خروجی پالسی موجب تسریع کاویتاسیون در ترپن­ها[1] و مواد شیمیایی با پایه نفت می­شود.

شکل 2- موج خروجی پالسی

موج خروجی جاروبی

در این حالت، فرکانس خروجی حول یک مقدار مرکزی قابل تنظیم تغییر می­کند (شکل 3). اثرات متفاوتی با تغییر سرعت و بزرگی فرکانس جاروبی بدست می­آید. فرکانس ممکن است از چند هرتز تا چند کیلو هرتز تغییر کند. در فرکانس جاروبی موج ساکن و نقاط مرده[2] که از مشخصات سیستم با فرکانس ثابت هستند، حذف می­گردند و برای جلوگیری از آسیب­دیدگی قطعات ظریف در مخزن­های شستشو استفاده می­شود. همچنین جاروب در تسریع کاویتاسیون ترپن­ها و مواد شیمیایی نفتی موثر است.

شکل 3-  موج خروجی جاروبی

یک پارامتر مهم نرخ تکرار چرخه جاروب است. در شرایطی که امکان تنظیم نباشد این نرخ معمولاًدر محدوده per/sec 125-100 تنظیم می­شود ولی در سیستم­های قابل تنظیم امکان تغییر در محدوده  per/sec250-30 وجود دارد. تغییر نرخ تکرار فرکانس جاروب در جلوگیری از آسیب رسیدن به قطعات حساس با اهمیت است.

یک حالت جدید استفاده از فرکانس جاروبی با سرعت متغیر (تصادفی یا متغیر با زمان) است (شکل 4) . علت اصلی آن حذف نرخ جاروب تک فرکانسی از سیستم است زیرا در سیستم­ها با سرعت متغیر قطعه­کار دو برابر نرخ جاروب تک فرکانسی در حالت تشدید قرار می­گیرد. از طرفی اکثر قطعات ظریف در حالت رزونانس می­شکنند.

شکل 4- فرکانس جاروبی با سرعت متغیر

هنگام جاروب فرکانس، قدرت خروجی ترانسدیوسر ثابت نیست و در نقاط کمترین و بیشترین فرکانس، میزان توان ورودی به مخزن حداکثر می­گردد (شکل 5). به عبارتی نرخ جاروب توان دو برابر نرخ فرکانس است.

شکل 5-  توان خروجی در سیستم با نرخ جاروب ثابت

در سیستم­هایی که نرخ جاروب در آنها ثابت نیست (شکل 6)، فاصله زمانی بین حداکثر توان­ها یکسان نیست.

شکل 6- توان خروجی در سیستم با نرخ جاروب متغیر

نوع دیگر فرکانس جاروبی کاهش فرکانس بطور خطی از ابتدای سیکل است (شکل 7) و موجب ایجاد نیروی رو به بالا در آلودگی­ها می­گردد و در ترانسدیوسرهایی که در پایین نصب شده­اند، موجب راحتی کار شستشو می­شوند.

شکل 7:  فرکانس جاروبی با سرعت متغیر یکنواخت نزولی

برای بهره­مندی از مزایای هر دو نوع جاروب، می­توان سیستم با نرخ جاروب متغیر و کاهش یکنواخت نزولی را با هم ادغام کرد. در سیستم­های جاروب به علت اینکه ترانسدیوسر در فرکانسی خارج از فرکانس طبیعی نوسان می­کند، میزان راندمان کاهش می­یابد. بنابراین از سیستم­های چندین فرکانسی که بیش از یک فرکانس را بطور همزمان به مخزن شستشو اعمال می­کنند، استفاده می­گردد. اگر چندین ترانسدیوسر با فرکانس­های مختلف به مخزن وصل شوند، تنها ترانسدیوسری که در نزدیکی فرکانس تشدید خود کار می­کند، حداکثر راندمان را داشته و بقیه قدرت خروجی کمتری ارائه می­دهند و ممکن است به علت این عدم تطابق فرکانسی بیش از حد گرم شوند. یک سیستم پیشرفته­تر از نوع سیستم­های چندین فرکانسی­ها از چند ترانسدیوسر که بطور همزمان عمل می­کنند، استفاده می­کند. همانطور که بیان خواهد شد هر فرکانس دارای مشخصات شستشوی خاصی است. فرکانس پایین قدرت شستشوی بالا ولی با پراکندگی کمتر و در نتیجه موجب ایجاد نقاط داغ می­گردد که نامطلوب و ممکن است باعث تخریب قطعات ظریف شود. در فرکانس بالا توزیع شستشو بهتر، قابلیت نفوذ به دره­ها و سوراخ­های کوچک بیشتر ولی قدرت شستشو کمتر است. در سیستم­هایی که از چندین فرکانس بطور همزمان استفاده می­کنند، نسبت به سیستم­های چندین فرکانسی ولی با زمان­های تحریک متفاوت، زمان و راندمان شستشو و عمر تجهیزات التراسونیک بیشتر می­گردد.

همچنین در ژنراتورها از مدار خودپیرو[3] استفاده می­شود. این مدار برای حفظ کردن فرکانس مرکزی در هنگامی که تانک در معرض بارگذاری­های متفاوت قرار می­گیرد، استفاده می­شود. هنگامی که قطعات وارد تانک شده یا ارتفاع آب در مخزن تغییر می­کند، بار روی ژنراتور تغییر می­کند. با استفاده از این مدار، ژنراتور بار مکانیکی را با بار الکتریکی مطابقت داده و در تمام زمان­ها خروجی بهینه را فراهم می­نماید.

[1] –  ترکیبات آلی که معمولاً در روغن­ها یافت می­شود و به عنوان عامل شستشو در محلول­های نیمه آبکی استفاده می­شوند.

[2] –  نقاطی که فعالیت التراسونیکی حداکثر مقدار را دارد.

[3] – Autofollow