专利名称：小型双缸超声清洗器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种超声技术的应用，具体的是对超声清洗器的一种改进。
现有的超声清洗器，由于选用的频率一般为17KC～33KC，空化噪声涉及人耳接受的声频范围，要产生较严重的噪声污染，同时，在外型上多属中型的且是单缸的，用途方面，主要用于工业清洗。
本实用新型的目的在于提供一种用于清洗小批量精密元件如微型轴承、光学镜头、钟表及金银首饰、眼镜等小件物品的小型的、操作方便的双缸超声清洗器。
本实用新型是这样实现的它由超声信号发生器、超声换能器、清洗容器、机壳及电源几部分组成，其中超声信号发生器的电路结构是由整流器、振幅调制、开关功放，匹配网络、与反馈跟踪电路五部分构成的一闭环自激式功率振荡电路，它与两只超声换能器同置于机壳中，机壳上方配置有两只清洗容器，构成双缸结构。
本实用新型的优点在于1.在电路结构上，由于省去了电源变压器，不仅减轻重量、缩小体积，降低成本，而且，可以节电10％；采用差动变量器桥式频率跟踪电路，易于实现，跟踪可靠，且工作稳定；采用准开关功放电路，提高集电极效率90％以上；采用振幅调制，可提高清洗效果，以上技术特征均使本实用新型具有小型、高效、可靠的以及操作简便的良好性能；2.在整机结构上，采用了“浮置法”，隔离带电部件，确保操作安全；采用双缸结构，洗涤、漂洗二道工序交替进行，操作方便，节省时间；3.在频率上，选用了较高的频率(40千赫)、降低了噪声污染，且提高了清洗效果；4.工作方式上，有连续工作与0－30分钟的可调定时工作方式，便于根据清洗工艺的需要而选择最佳定时。
本实用新型的详细结构由给出的实施例附图予以描述
图1为本实用新型的电路工作原理图；图2为本实用新型的电路结构图；图3为本实用新型的反馈跟踪电路图；图4为本实用新型的外型双缸结构。
图1与图2的对应部件与其工作原理如下
图1中的“整流器”即图2中由二极管D5，D6，D7，D8组成的桥式整流电路，由它直接对50Hz、220V电网电压进行整流，用作功放电路的直流电源。电容C1跨接于电源线输入端，以抑制电网脉冲电压干扰，保护功率管。
图1中的“振幅调制电路”由图2中的电容C5，C6及电阻R5，R6组成。C5，C6并联在整流电路的输出端，实际上是滤波电容，但其电容量取得较小时，输出直流电压(即功放管的集电极电压)将按一定幅度脉动，从而实现对换能器振幅的调制。R5、R6分别与C5、C6并联，目的在于使C5、C6上承受的直流电压相等。
图1中的“开关功放电路”由图2中的功率管BG1、BG2，二极管D1、D2、D3、D4及电阻R1、R2、R3、R4，电容C3、C4组成，其中，一对高反压大功率硅管BG1，BG2串联联结，组成半桥式推挽电路，它与自输出变压器中心抽头供电的推挽电路相比，在相同的电源电压下，管子承受的反向电压可降低一半，从而降低了选管的耐压指标。引自跟踪电压的反馈电压 f1和 f2分别正、反馈至BG1，BG2的基极。 f为近似的正弦电压。电路的设计保证 f足够大，使功率管BG1BG2处于过激状态。此时，两管在同一个周期的大部分时间内工作在开关状态(即饱和导通和截止状态)，即所谓准开关状态。R1、R2、R3、R4，C3，C4和D1D2组成偏置电路。R3，R4的作用是使两管在开机时有足够的电流放大系数，以确保系统起振，故不宜取得过大，但亦不宜取得过小，否则其附加功耗增加。偏置元件参数的选取对正弦激励下的准开关模式功放电路的效率影响颇大。实验表明，设计和调整得当，集电极效率可高于90％，由于准开关电路的晶体管工作在过激励、大电流状态，故要求其开关参数尽可能短些，饱和压降尽量小些，以确保高的效率。
由于功率晶体管的故障率随温升而上升，当输出到换能器的电功率一定时，功放效率的提高，不仅节省了电源功率，而且减少了管耗及温升，故而有利于管子的安全工作，提高了整机的可靠性。本电路功率管功耗(双管、典型值)小于5W，散热器热阻为2.5℃／W，温升小于10℃。
图1中的“反馈跟踪电路”由图2中的差动变量器Tf及电容C7与换能器T1或T2组成桥式自动频率跟踪电路。换能器T1与T2通过一工作开关K切换与差动变量器的一端相接。它的工作原理由图3给出，图中，虚线框为一换能器在共振频率附近的等效电路图；其中，C0为换能器电学臂的电抗分量；R为机械臂的动生阻(等于声辐射阻RL与机械损耗阻Rm之和)；Lm和Cm分别为动生电感和动生电容；C7为补偿电容，W1、W2和W3分别为Tf的初、次级绕组匝数。
图3所示的工作原理主要是利用电桥平衡原理补偿换能器电学臂的电抗分量；借助差动变量器Tf提取与换能器机械臂振荡电流Im成正比的反馈电压，使闭环系统在换能器的机械臂串联共振频率上自振。(这里，换能器既是自振系统的负载，又是选频元件)。
也就是说换能器、补偿电容C7和W1，W2分别构成电桥的四臂。假定，R＝∞，此时，若满足条件W1
1＝W2
2，电桥获得平衡，次级绕组W3的反馈电压
f＝0。此平衡条件又可表示为C0／C7＝W2／W1＝N一般情况下，R≠∞，流经机械臂的电流
m使电桥失去平衡，W3上得感应出仅与换能器机械臂振荡电流
m成比例的反馈电压
f
f＝
m (W1)/(W3) Rin式中，Rin为自振系统的输入电阻。显然，仅当系统的自振频率等于换能器的共振频率时，机械臂呈纯阻(R)，
m最大，反馈最强。即系统在换能器共振频率上自振。(因压电陶瓷换能器的介电损耗一般很小，故其电学臂实部可不予补偿)。
本电路的优点在于反馈电压在很宽频段内仅与机械臂的振荡电流有关，使跟踪可靠，失调较小。
图1中的“匹配网络”由图2的电感L2L3，电容C8及输出变压器T0组成。通过匹配网络，可使功放电路获得最大效率，并使功放电路向换能器输出额定的电功率。这是因为功放输出为近似方波电压，故其高(奇)次谐波占有相当大的比重，如直接馈入换能器，势必引起晶体管和换能器损耗增大。电压换能器的输入阻抗随谐波频率的升高而减少，故而功放内阻上的高次谐波损耗增大。因此为提高集电极效率，这里采用串并联谐振匹配网络，图2中L2，C8及L3，CP(CP＝C0＋C7)分别调谐在换能器的谐振频率上。L2，C8组成串联滤波器，旨在减少集电极的谐波损耗；L3用以调整负载的基波的功率因数，使COSφ1＝1如本实用新型实施例所采用的换能器功率因数角φ1＞45°，COSφ1＜0.71，故此项调整对提高集电极效率是很重要的。
再是，功率匹配是借助于改变输出变压器T0的变比n来实现的n＝
，式中R为换能器等效负载电阻，RL为输出额定功率(50W)所要求的集电极负载电阻，ηT为变压器的效率，一般取0.85～0.90。
图1中的“换能器”由图2的T1、T2给出，N1、N2为指示氖灯泡，换能器采用夹心式结构，由锆酸钛酸铅压电陶瓷片，铝合金耦合块及钢反射块三部分组成。
图4为本实用新型的外型双缸结构图整个电路结构与换能器置于机壳中，机壳的上方配置有两只清洗缸，清洗缸为不锈钢制品，其底部与换能器辐射面相粘接，清洗缸内盛放清水，可再置入盛有清洗液的玻璃杯，被清洗件放入玻璃杯的清洗液中清洗，水脏了易于调换，并不致腐蚀不锈钢清洗缸。亦可选用聚苯乙烯或聚丙烯作清洗容器，其透声率较好，但化学稳定性不如玻璃。
本实用新型由于电路结构上采用了整流器直接供电，省去了工频变压器，故功放部分元件和线路均与电网火线相通，因此，在工艺上，采用“浮置法”使带电部分与清洗缸，机壳隔离，确保高频变压器初、次级间及绕组、磁芯之间绝缘良好，最后，整机外壳通过单相三脚插头座可靠接地。
本机面板上有两只调节旋钮，左边一只为工作开关，其上标“左”即左边清洗缸工作，“右”即右边清洗缸工作，使清涤、漂洗交替进行；右边一只旋钮，即选择连续工作状况或定时工作状况，定时范围为0～30分钟，可根据清洗件的需要选取量佳定时。
本实用新型选择的超声工作频率为40KC，这对清洗几何形状复杂的精密元件是有利的，同时，降低了空化噪声的污染。
本实用新型实施例整机外形尺寸为280×210×170厘米，重量为3.7公斤，清洗缸容积为φ100×50(毫米)，不锈钢缸二只，φ80×165(毫米)，玻璃烧杯二只，超声换能器上电功率50瓦(±10瓦)。
权利要求1.一种小型双缸超声清洗器，涉及一种超声应用技术，它包括壳、电源、超声信号发生器、超声换能器，及清洗容器，其特征在于超声信号发生器由整流器、振幅调制电路、准开关功率放大器，匹配网络及反馈跟踪电路构成一闭环自激式功率振荡电路；超声换能器与相配置的清洗容器为双缸结构。其中整流器由D5～D8构成桥式整流电路；振幅调制电路由电容C5、C6及电阻R5、R6组成，C5C6并联在整流电路的输出端，R5R6分别与C5C6并联；准开关功率放大器由功率管BG1BG2串联组成半推换电路，R1-R4，C3C4和D1D2构成它的偏置电路；匹配网络包括L2L3C7C8及输出变压器T0，L2C8串接于变压器T0输入端、再与C7、L3并联电路串接；反馈跟踪电路由差动变量器Tf及电容C7与换能器组成桥式频率跟踪电路。
专利摘要一种小型双缸超声清洗器，涉及一种超声应用技术，其技术特征在于超声信号发生器采用一新型的闭环自激式功率振荡电路，超声换能器与清洗缸为双缸结构，为此，使它具有小型、高效、可靠且操作方便的优良性能，采用双缸结构，便于洗涤、漂洗交替进行，本实用新型用于清洗小批量的精密元件，如微型轴承、光学镜头，尤其是日益繁多的金银首饰、珠宝钻石、钟表眼镜等，它实为商店、宾馆、医院、工厂、实验室一种高效、理想的清洗工具。
文档编号B08B3/12GK2042381SQ89211389
公开日1989年8月9日 申请日期1989年1月21日 优先权日1989年1月21日
发明者张镜澄, 凌鸿烈 申请人:中国科学院东海研究站