魯思慧

    本文介紹新型高聲強度高可靠超聲波管道清洗機的組成與應(yīng)用，并對作為超聲波信號發(fā)生器的模塊化高頻大功率開關(guān)電源的設(shè)計方案作一分析。同時對高頻大電流穩(wěn)定性與可靠性監(jiān)測用設(shè)備-新型高頻大電流LED 數(shù)字面扳表的設(shè)計組成和工作原理及其特點作出分折。

    在石油、化工、冶金或制藥某領(lǐng)域中的一個部門，其生產(chǎn)現(xiàn)場中會有大量的熱交換器以及介質(zhì)輸送管，而金屬管道內(nèi)的除垢與防垢問題，一直是國內(nèi)外眾多產(chǎn)業(yè)部門多年來未能解決的難題。目前普遍采用的是化學(xué)藥劑除垢、離子交換樹脂防垢，高壓水槍清洗等方法，但由于該類方法技術(shù)陳舊、因而成效不明顯。近年來，雖然全也出現(xiàn)了用超聲波清洗技術(shù)，但由于可靠性技術(shù)沒有解決，故此類設(shè)備或裝置不是故障維修率高就是壽命短實用性差，無法解決管道污垢的清洗問題。隨著半導(dǎo)功率器件集成控制技術(shù)的發(fā)展，一種新型模塊化的高聲強度高可靠超聲波管道清洗機已經(jīng)聞世，正在各個領(lǐng)域被應(yīng)用。為介紹此新型超聲波管道清洗機，首先要對超聲波除垢防垢機理作一說明。

超聲波管道清洗原理——“空化效應(yīng)” 的產(chǎn)生

    超聲波清洗機是通過超聲波發(fā)生器將高于頻率為20KHz的震蕩信號進(jìn)行電功率放大后經(jīng)超聲波換能器（震頭）的逆壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)換成高頻機械振動能量通過清洗液體中的聲幅射，使清洗液體分子振動并產(chǎn)生無數(shù)微小空穴和氣泡。并沿超聲波傳播方向在負(fù)壓區(qū)形成、生長，并在正壓區(qū)迅速閉合而產(chǎn)生上千個大氣壓的瞬間高壓而爆破，形成無數(shù)微觀高壓沖擊波作用于管道璧的成垢雜質(zhì)并將此粉碎。此即稱之謂超聲波清洗中的“空化效應(yīng)”。超聲波管道清洗機就是基于“空化效應(yīng)”的原理工作的。從“空化效應(yīng)” 可知空穴和氣泡是在液體中施加高頻（超聲頻率）、高強度的聲波而產(chǎn)生的.由此可知任何超聲波管道清洗機的組成都必須具備二個基本部件：高頻高壓大功率電信號的超聲波發(fā)生器、以及能將電能轉(zhuǎn)化為機械能（即壓電逆效能）并經(jīng)液體流通過的管道式高聲強換能器。

高聲強度超聲波管道清洗機的組成與工作過程

    從圖1(a)所示可以看出，高聲強度超聲波管道清洗機主要由高頻高壓大功率電信號的超聲波發(fā)生器（或稱信號源）、傳輸電纜、管道式高聲強壓電換能器組成，其換能器放置于管道內(nèi)。圖1(b)為高聲強度超聲波管道清洗機總體圖，是由高頻高壓大功率開關(guān)電源和高聲強壓電換能器組成的高聲強度超聲波管道清洗機與模塊式高頻大電流監(jiān)測表等三大塊合成。

    而高聲強度超聲波管道清洗機工作過程是這樣：當(dāng)液體圍繞換能器流過，超聲波發(fā)生器產(chǎn)生高頻（22—25KHz）高壓（100—120V）大功率1000W的電功率信號，經(jīng)電纜傳輸?shù)綋Q能器，由換能器實現(xiàn)電、機、聲的轉(zhuǎn)換并發(fā)出超聲波。而超聲波管道清洗機除垢防垢的作用，主要是利用超聲波高聲強場“空化效應(yīng)”處理介質(zhì)而獲得，成垢物質(zhì)在強聲場“空化效應(yīng)”作用下，其物理和化學(xué)性能發(fā)生一系列變化，導(dǎo)致成垢物脫落，并在這一強大的壓力峰分散成細(xì)粉末狀，形成松散而不易板潔的沉積物，懸浮于液體介質(zhì)中。理論和實踐測算，對1cm3液體加以頻率為20KHz，功率為50W/cm2的超聲波時，可發(fā)生空化的氣泡數(shù)為5×104/s，其局部增壓峰值數(shù)百甚至上千大氣壓。

其管道式壓電換能器主要指標(biāo)

*靜態(tài)電容為(25℃)3--100nf；

*機械品質(zhì)因素2-10；

*絕緣電阻1000MΩ；

*壓電晶體耐壓1200V；

*諧振頻率22-25KHz；

*允許介質(zhì)溫度≤135℃

     實踐證明，該換能器技術(shù)比較成熟其主要指標(biāo)能得到保證，而要確保超聲波管道清洗機性能的高可靠高聲強其關(guān)鍵是高頻高壓大功率的超聲波發(fā)生器。為什么這么說呢？

問題的提出

分立式高頻高壓大功率開關(guān)電源實用性差

    由于換能器需要的超聲波發(fā)生器.均必須是高頻高壓大功率開關(guān)電源，雖然此類開關(guān)電源均是用單個集成電源控制芯片和MOSFET或IGBT大功率全橋式組成，但還是多個分立元器件的組合，連線間分布電容所形成的尖峰干擾時刻或特別在大負(fù)載開閉情況下會造成大功率管的信擊穿或燒毀，故此類開關(guān)電源非但效率低，而且故障率高、難維護、壽命短、實用性差。為徹底改變此現(xiàn)狀，最緊迫的是應(yīng)用模塊化的高頻高壓大功率開關(guān)電源。

電力電子技術(shù)的發(fā)展給“高可靠” 提供了條件

    在電力電子技術(shù)中，開關(guān)電源占有重要地位， 而現(xiàn)代電力電子技術(shù)的繁榮與開關(guān)電源（特別是高頻開關(guān)電源）的發(fā)展緊密聯(lián)系在一起，則高頻化是現(xiàn)代電力電子技術(shù)焦點之一。

    但現(xiàn)代高頻開關(guān)電源技術(shù)的進(jìn)步得力于新理論、新技術(shù)、新器件、