Un transductor ultrasónico es un dispositivo de conversión de energía que convierte la potencia eléctrica de entrada en potencia mecánica (es decir, ultrasonido) para su transmisión, mientras que por sí mismo consume solamente una cantidad mínima de energía.
El generador ultrasónico (también conocido como fuente de alimentación ultrasónica) convierte la corriente alterna de 220V en una corriente de alta frecuencia, que se transmite al cerámico piezoeléctrico. El cerámico piezoeléctrico, resonando a frecuencias ultrasónicas, utiliza el efecto piezoeléctrico para convertir las señales eléctricas en vibraciones mecánicas lineales. Estas vibraciones luego son amplificadas (o atenuadas) en amplitud mediante un cuerno ultrasónico antes de ser entregadas a la cabeza de la herramienta para su operación. Los transductores ultrasónicos generalmente vienen en dos formas: magnetoestrictivos y cerámica piezoeléctrica. Nuestra empresa utiliza exclusivamente transductores de cerámica piezoeléctrica.
Magnetostricción: El efecto en el que los materiales se deforman bajo la influencia de un campo magnético o generan un campo magnético al deformarse. Estos materiales suelen contener níquel, el cual exhibe una fuerte magnetostricción. Los sensores magnetostrictivos utilizan materiales magnetostrictivos (generalmente en forma laminada). Debido a las corrientes parásitas, los transductores magnetostrictivos generalmente presentan mayores pérdidas en comparación con los transductores piezoeléctricos, lo que requiere requisitos más estrictos de refrigeración.
La composición de transductores ultrasónicos
Casi todos los transductores piezoeléctricos utilizados para ultrasonido de potencia son del tipo Langevin, es decir, una o más piezocerámicas son comprimidas mecánicamente (preesforzadas) entre un impulsor frontal y un impulsor posterior.
Los transductores ultrasónicos consisten principalmente de elementos piezocerámicos centrales, cubiertas metálicas delantera y trasera, tornillos preesforzados, láminas de electrodos y tubos aislantes, como se detalla en el diagrama siguiente. Casi todos los transductores piezoeléctricos utilizados para ultrasonido de potencia son del tipo Langevin, lo cual implica que uno o más elementos piezocerámicos son comprimidos mecánicamente (preesforzados) entre un impulsor delantero y uno trasero.
Impulsor trasero: Un elemento cilíndrico ubicado en la parte posterior del transductor piezoeléctrico. El impulsor trasero está adyacente al último segmento de cerámica piezoeléctrica y normalmente aplica presión de precarga mediante tornillos apilados.
Placa de electrodo: Un disco conductor delgado colocado entre cerámicas piezoeléctricas adyacentes en un transductor. El voltaje de operación del transductor se aplica a través de estos electrodos.
Impulsor delantero: Transmite la energía ultrasónica del transductor al cuerno o cabeza de herramienta, y el impulsor delantero generalmente incluye una brida de instalación para conectarse al estuche.
Tornillo pretensado: Un tornillo de una sola pila atraviesa el orificio central de la cerámica. Al apretar este tornillo, la cerámica quedará comprimida entre el conductor trasero y el delantero, aplicando así el pretensado requerido a la cerámica.
Cerámicas piezoeléctricas: Las cerámicas piezoeléctricas son el corazón de los transductores, convirtiendo las señales eléctricas provenientes de los generadores ultrasónicos en vibraciones mecánicas lineales.
disco de cerámica piezoeléctrica
componentes principales del transductor
Las cerámicas piezoeléctricas generalmente se dividen en 'blandas' o 'duros'. Las cerámicas piezoeléctricas duras se utilizan para aplicaciones eléctricas. Existen dos tipos básicos de cerámicas piezoeléctricas duras, comúnmente denominadas PZT-4 y PZT-8 (PZT significa titanato de circonio y plomo, la composición de las cerámicas piezoeléctricas). Todos nuestros transductores utilizan cerámicas piezoeléctricas PZT-8. Las cerámicas piezoeléctricas PZT-8 tienen un factor de calidad Qm más alto, una temperatura de funcionamiento segura más elevada (temperatura de Curie) y menores pérdidas dieléctricas (tanδ).
Rendimiento de las cerámicas piezoeléctricas en condiciones de campo eléctrico bajo
Núcleo de fabricación del transductor
Debido a la débil resistencia a la tracción de las cerámicas piezoeléctricas, cuando el transductor experimenta vibraciones ultrasónicas, se debe aplicar una precarga estática de compresión para evitar que la cerámica piezoeléctrica sufra esfuerzos de tracción. Además, esta precarga garantiza un buen contacto en las interfaces de la cerámica piezoeléctrica, permitiendo que las ondas sonoras se transmitan con pérdidas mínimas. La precarga de compresión debe ser suficiente para impedir que la cerámica piezoeléctrica sufra esfuerzos de tracción ultrasónicos y para prevenir el deslizamiento lateral de la misma. La magnitud de la precarga durante la fabricación de transductores ultrasónicos desempeña un papel decisivo en la calidad.
Después de apretar los pernos pretensados, se puede aplicar el pretensado al material piezocerámico. Tradicionalmente, una llave dinamométrica se utiliza para establecer un valor de torque específico antes de apretar los pernos pretensados; sin embargo, este parámetro está influenciado por muchos factores y a menudo resulta en desviaciones. Incluso al usar el mismo torque, el nivel de lubricación de los pernos y los conductores delanteros y traseros afectan la magnitud del pretensado aplicado a las placas cerámicas.
el estado pretensado se ve afectado por la lubricidad de los pernos.
El impacto del pretensado en los transductores
La impedancia y la frecuencia de las piezocerámicas se estabilizan a medida que aumenta la precarga. Una mayor precarga puede reducir la impedancia del transductor. Si la piezocerámica no está adecuadamente fijada, la impedancia del transductor aumentará.
¿Es cierto que el pretensado del transductor debería ser tan alto como sea posible?
Un pretensado excesivo puede reducir el rendimiento del transductor, principalmente reflejado en los siguientes aspectos:
1. Las propiedades de los piezocerámicos cambian bajo polarización compresiva. Específicamente, la temperatura máxima segura de funcionamiento del material puede disminuir significativamente, y una alta tensión compresiva puede reducir la temperatura de Curie.
2. Una precarga excesiva puede provocar una despolariación significativa, así como causar inestabilidad en la impedancia y envejecimiento.
3. Un esfuerzo previo excesivo puede reducir la vida útil del transductor, y en casos graves, podría provocar grietas en las placas cerámicas del transductor.
4. Inicialmente, un esfuerzo previo excesivo en el transductor puede resultar en una impedancia más baja, pero con el tiempo, el rendimiento del transductor se deteriora, acompañado por productos que presentan una alta impedancia.
HCSONIC fabricación de transductores
Fijamos el transductor en el banco de trabajo, luego conectamos los electrodos positivo y negativo de la placa de electrodos al equipo especializado. Después de ingresar los parámetros correspondientes, utilizamos una llave específica para apretar los pernos pretensados. Cuando el pretensado alcanza el valor requerido, el dispositivo indica que debe detenerse el funcionamiento, logrando así la producción de transductores ultrasónicos de alta calidad adecuados para diversos entornos de trabajo. Los transductores ultrasónicos son los componentes nucleares principales en la fabricación de dispositivos ultrasónicos.
Podemos personalizar diversos transductores de diferentes frecuencias según las necesidades del cliente, con rangos de frecuencia desde 15 kHz hasta 120 kHz, utilizados para soldadura ultrasónica, corte ultrasónico, pulverización ultrasónica de niebla, tratamiento líquido sónico-químico ultrasónico y otras aplicaciones. Los transductores ultrasónicos HCSONIC ofrecen un servicio de garantía de un año.
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