超音波トランスデューサーの種類: 磁歪トランスデューサーと圧電トランスデューサーの比較
プロセスに必要な音波を生成するトランスデューサには、圧電式と磁歪式の 2 種類があります。 それらの機能は市場での地位を確立するのに十分ですが、各タイプの超音波トランスデューサーには独自の特性があり、特定のタスクにより適しています。 それらを比較するためには、それらがどのように機能し、それぞれの特性を研究する必要があります。
1. 動作原理
圧電技術は、チタン酸ジルコン酸鉛でできた特別な電気的特性を持つ結晶を使用しています。 トランスデューサーでは、この結晶材料の反対側の面に 2 本のワイヤーが取り付けられています。 次に、水晶と配線が 2 枚の金属板の間のハウジングに組み込まれます。 配線に電流が流れ水晶に流れ込むと、水晶は急速に形を変えて膨張します。 電流を止めると、水晶は元の形に戻ります。 この技術を使用した超音波トランスデューサーは、設定された周波数で水晶に電流を急速に循環させ、それによって共鳴効果を発生させます。
磁歪式超音波トランスデューサーの動作原理は、鉄を多く含む金属が磁場にさらされると膨張および収縮することです。 この動作を利用するために、鉄が豊富な金属コアが銅線で包まれています。 次に、コンポーネントはタンクに収容されます。 銅線に電流を流すと、金属のコアが伸びて伸びます。 圧電トランスデューサーのように、設定された周波数の電流は共鳴効果を生み出します。
2. 決まったやり方
圧電型超音波トランスデューサーを超音波洗浄機のハウジングに接着するために接着剤が使用される。 圧電技術が最初に導入されたとき、接着剤が弱くなり、最終的には失敗するため、これが問題を引き起こしました。 航空機産業で使用できるエンジニアリング技術の開発により、この制限はなくなりました。 繰り返し使用しても、最新の接着剤ではトランスデューサーを取り付けることができません。
磁歪トランスデューサーのハウジングは、超音波洗浄機のタンクに直接溶接されており、強固で壊れにくい接合を提供します。
3. 超音波トランスデューサーの周波数
超音波洗浄の理想的な状態は、40kHz ～ 70kHz の周波数で動作することですが、25kHz ～ 170kHz の広い範囲で処理を実行することもできます。
磁歪式超音波トランスデューサーは、最大 30kHz の周波数でしか動作しないため、適用可能な用途が大幅に制限されます。 この場合、磁歪トランスデューサー超音波洗浄システムの最適な使用法は、除去が困難な汚染物質を含む大型の機械に使用することです。 また、このプロセスでは、機械の徹底的なクリーニングが必要であってはなりません。 このアプリケーションの例は、電気メッキ処理ラインで使用できます。
一方、圧電型超音波トランスデューサーは25kHz～170kHzの全域で動作するため、その用途は極めて多様です。
4. エネルギー消費
磁歪式超音波トランスデューサーは、電気エネルギーを磁気エネルギーに変換し、それを使用して機械エネルギーを生成する必要があります。 プロセス全体で大量の無駄なエネルギーが発生しますが、これは通常、熱エネルギーの形で無駄になります。
圧電超音波トランスデューサーは、低電圧電流をワンステップで機械エネルギーに変換できるため、高効率です。 したがって、圧電変換器は、同じ量の電気エネルギーを消費しながら、より多くの作業を実行できます。
5. 固有の超音波トランスデューサーのノイズ レベル
高調波周波数が生成されると、通常、サブハーモニック周波数が自然生成物として生成されます。 ほとんどの圧電変換器の動作周波数は 40kHz 以上です。これは、生成される最初の低調波が 20kHz であることを意味します。これは、通常の人間の聴覚の範囲を超えています。
磁歪式超音波トランスデューサは通常、30kHz 以下の周波数で動作し、可聴サブハーモニック周波数を生成します。 これらの周波数は、近くで聞こえる高圧電気や変圧器のハムと同じように聞こえます。 複数の磁歪トランスデューサーが同じ超音波洗浄槽に設置されている場合、騒音レベルは保護補聴器の使用を必要とします。
6. 超音波トランスデューサーの期待寿命
圧電トランスデューサーは、最初は水晶振動子を使用し、時間が経つと水晶振動子は強度を失います。 それ以来、エンジニアは、特別なプロセスによって事前に老化させることができる半導体セラミック材料を作成し、それにより、コンポーネントの組み立て後の摩耗量を減らすことができます。
新しい結晶性化合物と組み合わせることで、磁歪トランスデューサと同等の寿命を実現し、常に磁歪トランスデューサの長寿命を実現しています。
