Nghiên cứu chế tạo máy súc rửa kim phun sử dụng sóng siêu âm kết hợp dung dịch

TĨM TẮT
1. Tóm tắt
Hiện nay theo đà phát triển thiết bị súc rửa siêu âm rất đa dạng và phổ biến, vì vậy
nhóm bắt đầu nghiên cứu lý thuyết về sóng siêu âm, sau đó nghiên cứu cách tạo ra sóng
siêu âm. Qua q tình tìm hiểu, nhóm nhận thấy đa số các sản phẩm tạo ra sóng siêu âm
từ linh kiện thụ động, sau khi hiểu đƣợc nguyên lý nhóm nghiên cứu tạo ra sóng siêu âm
bằng IC có thể điều khiển tần số.
Sau khi tạo đƣợc sóng siêu âm, nhóm nghiên cứu kết hợp với lý thuyết về kim phun
động cơ, và chế tạo thành cơng mơ hình súc rửa kim phun dùng sóng siêu âm kết hợp
dung dịch.
Mơ hình cơ bản đáp ứng đƣợc các chức năng súc rửa có trên thị trƣờng, đồng thời cải
tiến đƣợc một số nhƣợc điểm của sản phẩm cùng loại.
2. Nội dung phƣơng pháp
 Nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm:
 Lý thuyết về sóng siêu âm, nguyên lý làm sạch bằng sóng siêu âm.
 Lý thuyết về kim phun, dung dịch làm sạch.
Từ đó điều chỉnh cho phù hợp với điều kiện thực tế.
3. Kết quả thực nghiệm:

Hình:.Đồ thị điện áp đầu ra cung cấp cho đầu phát siêu âm.


4. Những hạn chế và hƣớng phát triển đề tài.
4.1 Hạn chế.
Dầu hồi về bình chậm.
Màn hình hiển thị nhỏ.
Điều chỉnh đƣợc tần số siêu âm đƣợc nhƣng khó khăn.
Kim phun sau súc rửa chỉ đƣợc kiểm tra qua thực nghiệm, chƣa có chế độ kiểm tra
khách quan.
4.2 Hướng phát triển mơ hình.
Hồn thiện thiết kế đạt u cầu, mang tính sản xuất.

Hồn thiện bảng điều khiển đầy đủ chức năng hơn nhƣ chỉnh tần số siêu âm,...
Nghiên cứu chế độ kiểm tra sau súc rửa.


MỤC LỤC
Lời cảm ơn ................................................................................................................ i
Tóm tắt...................................................................................................................... . ii
Mục lục..................................................................................... ................................. iii
Danh mục các chữ viết tắt và ký hiệu....................................................................... iv
Danh mục các hình.................................................................................................... v
Danh mục các bảng và tài liệu tham khảo ................................................................ vi

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN..........................................................................................1
1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................................. 1
1.2. Tình hình nghiên cứu và chế tạo máy súc rửa kim phun trong và ngoài nƣớc ........ 1
1.2.1. Ngồi nƣớc......................................................................................................... 1
1.2.2. Trong nƣớc......................................................................................................... 2
1.3. Mục đích nghiên cứu ............................................................................................. 3
1.4. Đối tƣợng nghiên cứu............................................................................................ 3
1.5. Nhiệm vụ nghiên cứu ............................................................................................ 4
1.6. Phạm vi nghiên cứu............................................................................................... 4
1.7. Giả thuyết khoa học .............................................................................................. 4
1.8. Phƣơng pháp nghiên cứu ....................................................................................... 5
CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT............................................... 6
2.1. Nghiên cứu lý thuyết về kim phun nhiên liệu. ....................................................... 6
2.1.1. Kim phun nhiên liệu. .......................................................................................... 6
2.1.2. Điều khiển kim phun nhiên liệu. ......................................................................... 8
2.2. Nghiên cứu lý thuyết về sóng siêu âm. .................................................................. 8
2.2.1. Định nghĩa về sóng âm. ...................................................................................... 8
2.2.2. Các đại lƣợng đặc trƣng của sóng siêu âm. ......................................................... 9

2.2.3. Ứng dụng sóng siêu âm. ................................................................................... 11


2.3. Nghiên cứu lý thuyết dung dịch tẩy rửa kim phun. .............................................. 13
2.3.1. Axeton ............................................................................................................. 14
2.3.2. Toluen. ............................................................................................................. 14
2.3.3. Pha chế dung dịch tẩy rửa kim phun. ................................................................ 16
2.4. Nghiên cứu lý thuyết làm sạch bằng sóng siêu âm kết hợp dung dịch. ................. 17
2.4.1. Nguyên lý làm sạch. ......................................................................................... 17
2.4.2. Quá trình làm sạch một vật. .............................................................................. 18
CHƢƠNG 3: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ, THI CƠNG .......................................... 22
3.1. Thiết kế mơ hình. ................................................................................................ 22
3.1.1. Các bộ phận chính của mơ hình. ....................................................................... 22
3.1.2. Thiết kế khung vỏ............................................................................................. 24
3.1.3. Thiết kế bố trí và phƣơng pháp cố định trên mơ hình........................................ 25
3.2. Tổng quan hệ thống............................................................................................. 26
3.3. Khối siêu âm. ...................................................................................................... 27
3.3.1. Loa siêu âm. ..................................................................................................... 27
3.3.1.2. Hiện tƣợng áp điện thuận. ............................................................................. 28
3.3.1.3. Hiện tƣợng áp điện nghịch............................................................................. 29
3.3.2. Module điều khiển siêu âm. .............................................................................. 30
3.3.3. Module siêu âm công suất. ............................................................................... 33
3.3.4. Thiết kế kế thi công mạch siêu âm công suất. ................................................... 41
3.4. Khối điều khiển................................................................................................... 43
3.4.1. Module điều khiển trung tâm............................................................................ 43
3.4.2. Mạch điều khiển bơm ....................................................................................... 44
3.4.3. Mạch điều khiển kim phun. .............................................................................. 46
3.4.4. Thiết kế thi công mạch điều khiển. ................................................................... 47
3.5. Cách vận hành máy. ............................................................................................ 49
3.5.1. Thao tác lắp ráp các bộ phận. ........................................................................... 50

3.5.2. Qui trình vận hành. ........................................................................................... 53


CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ.............................................................. 54
4.1. Kết quả................................................................................................................ 54
4.1.1. Kết quả điều khiển. .......................................................................................... 54
4.1.2. Kết quả mô hình và súc rửa. ............................................................................. 56
4.2. Đánh giá.............................................................................................................. 58
PHỤ LỤC .................................................................................................................. 60


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1 Hệ thống máy súc rửa kim phun của Fuelinjectorprecision. .............................. 1
Hình 1. 2 Quy trình làm sạch kim phun 5 bƣớc của cơng ty Fuelinjectorprecision. .......... 2
Hình 1. 3 Bể rửa ứng dụng sóng siêu âm Đại Học Cần Thơ. ............................................ 2
Hình 1. 4 Thiết bị vệ sinh kim phun - buồng đốt của cơng ty MINH NGỌC. ................... 3
Hình 2. 1 Cấu tạo kim phun nhiên liệu.................................................................................6
Hình 2. 2 Phân loại sóng âm theo tần số........................................................................... 9
Hình 2. 3 Đặc trƣng của sóng siêu âm. ............................................................................. 9
Hình 2. 4 Ứng dụng sóng siêu âm trong lĩnh vực y tế. .................................................... 11
Hình 2. 5 Bể rửa dùng sóng siêu âm. .............................................................................. 12
Hình 2. 6 Toluen phản ứng với Brom. ............................................................................ 15
Hình 2. 7 Toluen phản ứng với Clo. ............................................................................... 15
Hình 2. 8 Toluen phản ứng nitro hóa.............................................................................. 15
Hình 2. 9 Toluen phản ứng cộng H2. ............................................................................. 16
Hình 2. 10 Toluen phản ứng oxy hóa. ............................................................................ 16
Hình 2. 11 Tỉ lệ pha chế dung dịch tẩy rửa kim phun. .................................................... 17
Hình 2. 12 Quá trình làm sạch 1. .................................................................................... 18
Hình 2. 13 Quá trình làm sạch 2. .................................................................................... 19
Hình 2. 14 Quá trình làm sạch 3. .................................................................................... 19

Hình 2. 15 Quá trình làm sạch 4. .................................................................................... 20
Hình 2. 16 Quá trình làm sạch 5. .................................................................................... 20
Hình 3. 1 Bể rửa và đầu phát siêu âm mơ phỏng trên phần mềm Catia.............................22
Hình 3. 2 Bình chứa thiết kế trên phần mềm Catia. ........................................................ 23
Hình 3. 3 Bộ gá và ống nghiệm mô phỏng trên phần mềm Catia. ................................... 24


Hình 3. 4 Khung máy mơ phỏng trên Catia. ................................................................... 24
Hình 3. 5 Bản vẻ vỏ mơ hình trên phần mềm Cad. ......................................................... 25
Hình 3. 6 Kí hiệu mosfet trên mạch điện. ....................................................................... 34
Hình 3. 7 Nguyên lý mạch nghịch lƣu. ........................................................................... 38
Hình 3. 8 Cách lựa chọn IGBT hay MOSFET. ............................................................... 39
Hình 3. 9 Sơ đồ nguyên lý mạch siêu âm cơng suất. ....................................................... 41
Hình 3. 10 Mạch in mạch siêu âm cơng suất. ................................................................. 41
Hình 3. 11 Khoan mạch siêu âm cơng suất. .................................................................... 42
Hình 3. 12 Hàn các linh kiện cho mạch siêu âm công suất. ............................................ 42
Hình 3. 13 Mạch siêu âm cơng suất thực tế. ................................................................... 43
Hình 3. 14 Sơ đồ ngun lí mạch điều khiển trung tâm. ................................................ 43
Hình 3. 15 Sơ đồ nguyên lý mạch điện điều khiển bơm.................................................. 46
Hình 3. 16 Sơ đồ nguyên lý mạch điện điều khiển kim phun. ......................................... 47
Hình 3. 17 Mạch in mạch điều khiển trung tâm. ............................................................. 47
Hình 3. 18 Khoan mạch điều khiển trung tâm. ............................................................... 48
Hình 3. 19 Hàn các linh kiện mạch điều khiển trung tâm. .............................................. 48
Hình 3. 20 Mạch điều khiển trung tâm thực tế................................................................ 49
Hình 3. 21 Tổng quan mơ hình thực tế. .......................................................................... 49
Hình 3. 22 Tổng quan các bộ phận trên mơ hình thực tế................................................. 50
Hình 3. 23 Chế độ rửa siêu âm. ...................................................................................... 51
Hình 3. 24 Lựa chọn đầu nối cho kim phun.................................................................... 51
Hình 3. 25 Lắp kim phun lên máy. ................................................................................. 52
Hình 3. 26 Lắp ống cấp nhiên liệu.................................................................................. 52

Hình 4. 1 Kiểm tra đầu ra bộ phát siêu âm.........................................................................54
Hình 4. 2 Dùng máy Oscilloscope kiểm tra đầu ra.......................................................... 54


Hình 4. 3 Đồ thị điện áp và tần số đầu ra........................................................................ 55
Hình 4. 4 Đồ thị cƣờng độ dịng điện đầu ra. .................................................................. 56
Hình 4. 5 Mơ hình thực tế. ............................................................................................. 56
Hình 4. 6 Kim phun trƣớc khi súc rửa. ........................................................................... 57
Hình 4. 7 Kim phun sau khi súc rửa. .............................................................................. 57
Hình 4. 8 Kim phun trƣớc và sau súc rửa. ...................................................................... 58
Hình 4. 9 Máy súc rửa kim phun công ty Thiên Phong. .................................................. 58


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 3. 1 Thông số máy biến áp .................................................................................... 38
Bảng 3.2 Thông số kĩ thuật Mosfet 20N60F.................................................................. 43
Bảng 3.3 Thông số điôt FR304 ...................................................................................... 43
Bảng 3.4 Thống số mosfet IRF640................................................................................. 45
Bảng 3.5 Thông số OPTO PC817 ................................................................................. 46


TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Mai Xuân Sỹ, Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm tại Việt Nam 28/09/2009.
[2] Bilal Malik, Ferrite transformer turns calculation with example.

[3] />[4]Đỗ Văn Dũng -Tiến sĩ chuyên ngành điện tử ô tô-Trang bị điện và điện tử ô tô hiện
đại, Tập 1 Hệ thống đánh lửa điện tử Hệ thống điều khiển phun xăng
[5]Đinh Hà Trung, đồ án tốt nghiệp “Thiết kế và thi cơng máy rửa dùng sóng siêu âm
trong cơng nghiệp” . Trƣờng đại học Sƣ Phạm Kĩ Thuật TP.HCM 9/2016.

[6] Datasheet Mosfet 20N60F
[7] Datasheet Mosfet IRF640


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Đặt vấn đề:
Động cơ đốt trong đã từ lâu là nguồn lực không thể thiếu cho nền cơng nghiệp. Vì
vậy vấn đề bảo dƣỡng cũng hết sức quan trọng. Đặc biệt là bảo dƣỡng kim phun vì nó
ảnh hƣởng rất nhiều đến độ bền tuổi thọ và công suất của động cơ. Nghiên cứu chế tạo
máy súc rửa kim phun đã có từ rất lâu và hiện trên thị trƣờng cũng kinh doanh rất nhiều
sản phẩm dùng để súc rửa kim phun sử dụng sóng siêu âm kết hợp dung dịch. Tuy nhiên
các sản phẩm súc rửa kim phun trên thi trƣờng chủ yếu là hàng nhập khẩu, và cịn nhiều
đặc tính máy chƣa phù hợp với thực tế mà chƣa khắc phục đƣợc, giá cả còn cao do phụ
thuộc nhiều điều kiện nhập khẩu nhƣ thuế, vận chuyển...
Nhận thấy nghiên cứu chế tạo máy súc rửa kim phun sử dụng sóng siêu âm kết hợp
dung dịch là một đề tài mang tính thực tiễn cao mang tiềm năng cải tiến để thƣơng mại và
nội địa hóa chúng em đã nghiên cứu cơ sở lý thuyết và tính tốn mơ phỏng thơng qua các
phần mềm Arduino, Catia, Proteus để chế tạo mơ hình máy súc rửa kim phun.
1.2. Tình hình nghiên cứu và chế tạo máy súc rửa kim phun trong và ngoài nƣớc:
1.2.1. Ngoài nước.
Việc nghiên cứu chế tạo máy súc rửa kim phun không còn là vấn đề bảo dƣỡng động
cơ, mà còn là vấn đề bảo vệ môi trƣờng. Kim phun đƣợc vệ sinh sẽ giúp việc đốt cháy
nhiên liệu một cách hiệu quả, ít khí gây hại mơi trƣờng. Vì vậy vấn đề nghiên cứu chế tạo
máy súc rửa kim phun rất đƣợc xem trọng và thực hiện một cách nghiêm ngặt.

Hình 1. 1 Hệ thống máy súc rửa kim phun của Fuelinjectorprecision.
1


Hình 1. 2 Quy trình làm sạch kim phun 5 bước của cơng ty Fuelinjectorprecision.

1.2.2. Trong nước:
Đối với tình hình trong nƣớc, nƣớc ta là một nƣớc đang phát triển vì vậy vấn đề
nghiên cứu chế tạo máy súc rửa kim phun cịn mang lại lợi ích rất lớn về kinh tế. Điển
hình nhƣ “Bể rửa ứng dụng sóng siêu âm” của Thầy Lƣơng Vinh Quốc Danh trƣởng
khoa Công nghệ Đại Học Cần Thơ.

Hình 1. 3 Bể rửa ứng dụng sóng siêu âm Đại Học Cần Thơ.
2


Thiết bị vệ sinh kim phun- buồng đốt của công ty Minh Ngọc.

Hình 1. 4 Thiết bị vệ sinh kim phun - buồng đốt của công ty MINH NGỌC.
1.3. Mục đích nghiên cứu:
Cũng cố kiến thức chun mơn, vận dụng và phát triển các kiến thức về lập trình
cơ bản (arduino) trong đề tài.
Xây dựng mơ hình về máy súc rửa từ đó làm phƣơng tiện cải tiến để sản xuất đại
trà.
Ứng dụng các phần mềm Proteus, Catia vào mô phỏng và thiết kế mơ hình.
Đƣa ra một hƣớng mới cho các nghiên cứu sản xuất thiết bị bảo dƣỡng ô tô mang
thƣơng hiệu nội địa.
1.4. Đối tƣợng nghiên cứu:
Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các máy súc rửa sử dụng sóng siêu
âm kết hợp dung dịch.

3


Thiết kế mơ hình máy súc rửa kim phun dựa trên ngun lí làm sạch bằng sóng
siêu âm và lý thuyết về điều khiển kim phun.

Nghiên cứu các phần mềm nhƣ Catia, Proteus để áp dụng quá trình nghiên cứu mơ
hình súc rửa.
1.5. Nhiệm vụ nghiên cứu:
Tìm hiều đầy đủ và chi tiết về nguyên lý điều khiển kim phun, sóng siêu âm, dung
dịch tẩy rửa.
Thiết kế mơ hình súc rửa sử dụng sóng siêu âm kết hợp dung dịch.
So sánh các thơng số trên mơ hình thực nghiệm và các thông số lý thuyết rút ra kết
luận trực quan.
1.6. Phạm vi nghiên cứu:
Nghiên cứu trong phạm vi giảng dạy cho sinh viên.
Nghiên cứu từ tình hình thực tế các máy hiện có trong và ngịai nƣớc và các
nghiên cứu đã có trƣớc đó.
Nghiên cứu từ các cơng trình nghiên cứu khoa học đã đƣợc cơng bố trƣớc đó trên
thế giới và trong nƣớc
Nghiên cứu từ các tài liệu, giáo trình đang đƣợc dùng làm tài liệu tham khảo
Quy mơ nghiên cứu đề tài trên cơ sở khai thác các trang thiết bị hiện có trong nhà
trƣờng và khai thác bên ngồi để hồn thành đề tài.
Khơng gian nghiên cứu: Trong trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. HCM.
Thời gian nghiên cứu: 3 tháng.
Nội dung nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết, chế tạo mơ hình máy súc rửa kim
phun.
1.7. Giả thuyết khoa học
Giả thiết ta đƣa ra các giải pháp thiết kế chế tạo mơ hình máy súc rửa. Nhận định
sơ bộ các phƣơng án dựa trên cơ sở quan sát, lựa chọn phƣơng pháp tạo ra sóng siêu âm
hợp lí phù hợp với điều kiện cơ sở vật chất, sau đó kiểm chứng lại bằng thực nghiệm.

4


1.8. Phƣơng pháp nghiên cứu

Nghiên cứu từ các nguồn tài liệu nhƣ sách, giáo trình, các bài giảng, các bản vẽ,
sách, tạp chí, nguồn tài liệu từ Internet.
Nghiên cứu từ thực tiễn.
Nghiên cứu từ thực nghiệm.
Tham khảo ý kiến chuyên gia.
==> Áp dụng các phƣơng pháp nghiên cứu: Quan sát, tƣ duy, kiểm tra, thực
nghiệm …

5


CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Nghiên cứu lý thuyết về kim phun nhiên liệu.
2.1.1. Kim phun nhiên liệu.
2.1.1.1. Cấu tạo.

Hình 2. 1 Cấu tạo kim phun nhiên liệu.

1-Lọc xăng: đảm bảo nhiên liệu đi vào kim phải thật sạch.
2- Giắc cắm: kết nối với ECU
3-Cuộn dây kích từ: Tạo ra từ trƣờng khi có dịng điện đi vào.
4-Ti kim: Tác động đến sự đống mở của van kim.
5-Van kim: Đóng kín vịi phun, khi có xung điện vào sẽ đƣợc nâng lên cho nhiên liệu
phun ra.
6-Vòi phun: Định góc phun và xé tơi nhiên liệu.
7-Ống phân phối: truyền nhiên liệu đến các kim.
6


8-Chụp bảo vệ: bảo vệ kim

9-10 Vòng đệm trên dƣới: cách nhiệt cũng nhƣ giảm xóc cho kim khi động cơ hoạt động.
2.1.1.2. Nguyên lý hoạt động.
Trong quá trình hoạt động của động cơ, ECU liên tục nhận những tín hiệu đầu vào
từ các cảm biến. Qua đó ECU sẽ kiểm tra so sanh dữ liệu này với các dữ liệu chứa trong
bộ nhớ của ECU. Sau đó ECU quyết định phải mở kim trong thời gian bao lâu. Độ mở
của kim phun trong bao lâu phụ thuộc vào độ rộng xung mà ECU gửi tới. Điều này có ý
nghĩa là ti kim sẽ giữ trong thời gian bao lâu trong mỗi lần nhất kim.
Khi có xung điện vào cuộn dây từ thì sẽ tạo ra một lực từ, khi lực từ này đủ mạnh
để thắng sức căng lò xo, thắng trọng lực trọng trƣờng của ti kim và thắng áp lực của
nhiên liệu đè lên ti kim thì sẽ làm kim nhất khỏi bệ khoảng 0.1mm nên nhiên liệu đƣợc
phun ra khỏi kim phun.[4]
Nếu ta gọi: Q: là lƣợng nhiên liệu phun ra khỏi kim.
T: là chu kì xung.
T1: là độ dài xung
Thì Q sẽ đƣợc tính bởi cơng thức:
∫ ( )
2.1.1.3. Quá trình hoạt động.
Quá trình hoạt động của kim chia thành 3 giai đoạn:
Giai đoạn 1 (t1) : Từ lúc ti kim đƣợc nâng lên đến hết cỡ.
Giai đoạn 1a: mặc dù có hiệu điện thế đặt vào nhƣng kim chƣa nhấc lên
đƣợc. Cho đến khi dòng đạt giá trị Im thì lúc đó Flực > Fcản kim bắt đầu di chuyển. Kết
thúc giai đoạn 1a.
Giai đoạn 1b: độ dịch chuyển kim đạt giá cực đại.
Giai đoạn 2 (t2): Độ mở kim vẫn giữ nguyên

7


Giai đoạn 3(t3): điện áp đã ngắt, nhƣng do ngắt đột ngột tạo thành mạch dao động,
do vậy trong thời gian t3 ti kim vẫn giữ ở mức nào đó do sức điện động tự cảm đến khi

lực lò xo thắng đẩy ti kim xuống.
Từ quá trình hoạt động cho thấy thời gian t1 và t3 là khoảng thời gian khơng thể
điều chỉnh đƣợc bằng xung điện, do đó để đảm bảo tính chính xác về thời điểm và thời
gian phun ta phải giảm tối thiểu thời gian t1 và t3 bằng cách giảm khối lƣợng riêng của ti
kim,....[4]
2.1.2. Điều khiển kim phun nhiên liệu.
Thời gian phun nhiên liệu thực tế đƣợc xác định bởi hai đại lƣợng:
tb: Thời gian phun cơ bản: dựa chủ yếu vào lƣợng khí vào và số vòng quay của
động cơ.
tc: Thời gian phun hiệu chỉnh: dựa và các cảm biến còn lại.
tthực tế = tb + tc
 Các chế độ điều khiển kim phun:
 Chế độ khởi động.
 Chế độ cầm chừng.
 Chế độ tăng tốc.
 Chế độ thấp.
 Chế độ trung bình.
 Chế độ cao.
2.2. Nghiên cứu lý thuyết về sóng siêu âm.
2.2.1. Định nghĩa về sóng âm.
Dao động là sự chuyển động đƣợc lặp đi lặp lại trong theo thời gian. Sóng là sự
lan truyền của tín hiệu (mang năng lƣợng), từ điểm này đến điểm kia trong một môi
trƣờng mà không có sự di chuyển thành dịng của các phần tử môi trƣờng. Âm do các vật
dao động phát ra và đƣợc lan truyền ra mơi trƣờng dƣới dạng sóng: sóng âm. Nhƣ vậy
bản chất của sóng âm là sóng cơ học và mang đầy đủ các tính chất và thơng số của nó:
tần số, bƣớc sóng,...
8


Sóng âm là dao động của các phần tử chất rắn, chất lỏng, chất khí, ...đó là chất đàn

hồi. Nói cách khác sóng âm là sóng đàn hồi lan truyền trong môi trƣờng đàn hồi hay mỗi
vật thể đàn hồi đều lan truyền đƣợc sóng âm.
Tùy theo dải tần số mà ngƣời ta chia sóng âm thành các vùng sau:
- Vùng hạ âm có tần số từ 1Hz đến 20Hz.
-Vùng âm tần có tần số từ 20Hz đến 20kHz.
-Vùng siêu âm có tần số từ 20kHz đến 100MHz.
-Vùng cực siêu âm có tần số lớn hơn 100MHz.

Hình 2. 2 Phân loại sóng âm theo tần số.
Nhƣ vậy sóng siêu âm là sóng âm có tần số từ 20kHz đến 100MHz.
2.2.2. Các đại lượng đặc trưng của sóng siêu âm.
Đặc trƣng của sóng siêu âm là tập hợp của các lần nén và dãn thay đổi tuần tự theo
dạng hình sin.
 Các đại lƣợng đặc trƣng của sóng bao gồm:
 Chu kì T=(s) là khoảng thời gian mà sóng thực hiện một lần nén và một
lần dãn.

Hình 2. 3 Đặc trưng của sóng siêu âm.
9


 Tần số f=(Hz) là số chu kỳ thực hiện đƣợc trong 1 giây. Tần số của sóng
cũng chính là tần số dao động của các phần tử trong môi trƣờng mà sóng
truyền đến. Đơn vị tần số là Hert (Hz).
 Vận tốc truyền của sóng là tốc độ năng lƣợng đƣợc truyền giữa hai điểm
trong môi trƣờng bởi sự chuyển động của sóng.Vận tốc của sóng phụ thuộc
vào kết cấu của vật liệu đặc trƣng bởi độ nén và mật độ, khơng phụ thuộc
vào tần số của sóng và kích thƣớc của vật liệu.
 Độ nén: vận tốc sóng siêu âm tỉ lệ thuận với độ nén của vật liệu. Vật liệu
càng khó nén vận tốc sóng lan truyền càng nhanh. Trong mơi trƣờng chất

khí các phân tử cách xa nhau nên sự liên kết giữa chúng yếu, mỗi hạt phải
di chuyển một khoảng cách tƣơng đối lớn trƣớc khi có thể tác động vào
phần tử bên cạnh nên vận tốc sóng lan truyền thấp.Trong mơi trƣờng lỏng
và đặc biệt là chất rắn, các phân tử ở gần hơn nên sự liên kết giữa chúng
mạnh, mỗi hạt chỉ cần di chuyển một khoảng cánh ngắn để có thể tác động
vào phân tử bên cạnh nên vận tốc sóng lan truyền cao.
 Mật độ: các vật liệu có mật độ dày thƣờng tạo bởi nhƣng phần tử lớn, các
phần tử này do có qn tính lớn nên khó dịch chuyển và cũng khó dừng lại.
Do vậy, nếu xét riêng mật độ thì vật liệu có mật độ càng lớn thì vận tốc
sóng càng giảm.Trong mơi trƣờng lỏng, mật độ và độ nén thƣờng tỉ lệ
nghịch nên vận tốc truyền sóng đa số giống nhau.Trong chất rắn độ nén
thƣờng rất lớn hơn mật độ nên vận tốc truyền sóng cao.
 Độ dài bƣớc sóng

(

) là quãng đƣờng mà sóng truyền đƣợc sau

khoảng thời gian bằng một chu kỳ (

). Trên hình ta thấy

bƣớc sóng là khoảng cách giữa hai đỉnh hoặc hai đáy nằm cạnh nhau. Các
phần tử các nhau nhau một bƣớc sóng có cùng trạng thái động tức là dao
động cùng pha nhau.
 Trở kháng của mơi trƣờng cịn gọi là độ vang hay độ dội của sóng âm trong
môi trƣờng, đƣợc xác định theo biểu thức:
Z=đ.V
Với:

V: là vận tốc truyền sóng trong mơi trƣờng (m/s).
10


đ: là mật độ khối lƣợng của môi trƣờng (Kg/m³)
Z: là trở kháng âm của môi trƣờng( Rayls)
 Nhƣ vậy tổng trở âm học là một thông số phụ thuộc mơi trƣờng truyền
sóng.
2.2.3. Ứng dụng sóng siêu âm.
Sóng siêu âm có vai trị quan trọng trong cuộc sống và đƣợc ứng vào nhiều lĩnh
vực khác nhau nhƣ y tế, công nghiệp máy móc, nghiên cứu khoa học, thám hiểm địa
hình….
Sóng siêu âm trong lĩnh vực y tế: Sóng siêu âm đã trở thành linh hồn của các thiết
bị y học hiện đại. Từ việc chẩn đốn, điều trị đến phịng bệnh, Sóng siêu âm đều có
những đóng góp quan trọng. Trƣớc hết, sóng siêu âm cho phép chẩn đốn đƣợc các khối
u trong các tổ chức của cơ thể ở giai đoạn đầu phát triển. Khi các khối u bắt đầu hình
thành, các tế bào đó có sự thay đổi kích thƣớc so với tế bào lành, làm thay đổi vận tốc
của sóng âm khi truyền qua. Do sự khơng đồng nhất trong tổ chức cơ thể gây ra bởi các
khối u này, ngƣời ta chiếu một chùm siêu âm định hƣớng rất hẹp vào cơ thể và ghi nhận
tín hiệu phản xạ, từ đó xác định đƣợc khối u và vị trí cũng nhƣ mức độ phát triển của nó.
Trong y tế sóng siêu âm đƣợc ứng dụng sử dụng trong các loại máy siêu âm, máy siêu
âm điều trị và có vai trị quan trọng trong chuẩn đốn hình ảnh các vùng mơ để đƣa ra các
chuẫn đốn về bệnh. Với các loại máy siêu âm màu Doppler hiện nay giúp chuẩn đoán
phát hiện các bất thƣờng trong cơ thể nhanh và chính xác hơn.

Hình 2. 4 Ứng dụng sóng siêu âm trong lĩnh vực y tế.
11


Sóng siêu âm trong cơng nghiệp: Đƣợc ứng dụng để phát hiện lỗi sản phẩm, chất

lƣợng mối hàn, độ dày sản phẩm …
Thám hiểm những địa hình hiểm trở. Sóng siêu âm đƣợc ứng dụng dùng để khảo
sát địa hình, vẽ bản đồ những địa hình hiểm trở nhƣ đáy đại dƣơng sâu, khu vực rừng
núi…
Hàn bằng Siêu âm tƣơng tự nhƣ hàn ma Sát. Các dao động Siêu âm (tần số cỡ 20
kHz đƣợc kích thích bởi tín hiệu từ máy phát dao động điện công suất lớn) tác động vào
một vùng nhỏ của mổi bàn làm cho vùng cần hàn trở nên dẻo, sau đó dùng lực ép (cơ học
hoặc khí nén) đẩy các chi tiết cần nối lại với nhau tới khoảng cách tƣơng tác của lực giữa
các nguyên tử sẽ phát sinh mối liên kết chặt chẽ thành mối hàn có cấu trúc kim loại thay
đổi ít nhất
Ngồi ra thì sóng siêu âm cịn đƣợc ứng dụng vào khoa học công nghệ trong các
ngành nông nghiệp, cơng nghiệp, hóa học phân tích…
Ngày nay siêu âm cịn ứng dụng trong ngành công nghiệp tẩy rửa: Bể tẩy rửa siêu
âm đƣợc nhiều ngƣời lựa chọn làm thiết bị tẩy rửa trong công nghiệp hay làm thiết bị tẩy
rửa trong các hộ gia đình. Bể có những cơng dụng nhƣ tẩy rửa những vật dụng mà có thể
gây độc hại cho ngƣời dùng hoặc có thể gây ra những tổn thƣơng. Cũng có thể dùng bể
tẩy rửa siêu âm tẩy rửa đƣợc cả thực phẩm mà không lo độc hại cho ngƣời dùng.

Hình 2. 5 Bể rửa dùng sóng siêu âm.

12


Bể tẩy rửa siêu âm với độ chính xác cao có thể làm sạch hiệu quả những dụng cụ
thiết bị linh kiện phức tạp nên đƣợc áp dụng rộng rãi trong nhiều ngành cơng nghiệp nhƣ:
Khai thác khống sản, các viện nghiên cứu khoa học, phịng thí nghiệm, bệnh viện,
xƣởng lắp ráp điện tử. Bể có thể tẩy rửa những vật dụng thí nghiệm cho dù là khó tẩy rửa
nhất. Những thiết bị sử dụng hóa chất độc hại có thể gây hại cho ngƣời khi chạm đến
những chất độc hại này nên việc tẩy rửa khá khó khăn. Do đó, bể tẩy rửa siêu âm giúp
cho con ngƣời tránh đƣợc những nguy hiểm ấy.

Ngoài ra, bể tẩy rửa siêu âm còn đƣợc dùng để vệ sinh các loại đồng hồ, kính mắt,
trang sức, các cửa hàng trang sức, trong gia đình và bất cứ nơi nào. Bể tẩy rửa siêu âm
đƣợc dùng để tẩy rửa những thực phẩm trong gia đình mà khơng hề có hại. Những loại
thực phẩm khơng phải chỉ cần rửa là có thể hết đƣợc những vết bẩn. Thay vì ngâm nƣớc
muối thì bể tẩy rửa siêu âm có thể giúp bạn làm sạch hơn.
Bể tẩy rửa siêu âm còn đƣợc dùng để cọ rửa các loại sản phẩm điện tử, các phần
cứng cơ học, kinh mắt, đồ trang sức, đồng hồ, tiền bạc, trái cây...
2.3. Nghiên cứu lý thuyết dung dịch tẩy rửa kim phun.
Để xe có thể vận hành, động cơ cần đốt cháy xăng và khơng khí. Hệ thống nạp khí
có nhiệm vụ hút khơng khí qua bộ lọc (lọc gió) và van phân phối đƣa chúng vào buồng
đốt. Khi bơm xăng sẽ đƣa nhiên liệu qua lọc xăng, đi vào ống dẫn đƣợc nối với kim phun
xăng (béc phun). Tại đây theo tín hiệu của ECU mà kim phun sẽ phun nhiên liệu trực tiếp
dƣới dạng sƣơng vào buồng đốt thông qua van nạp.
Trải qua một thời gian sử dụng, kim phun nhiên liệu sẽ bắt đầu xuất hiện muội
than từ trong buồng đốt hoặc cặn bẩn trong xăng: nhựa, lƣu huỳnh, các kim loại nặng,...
gây nghẹt gây tiêu hao nhiên liệu và ảnh hƣởng đến sự vận hành của xe
Nhóm nghiên cứu Đại học Công Nghệ TPHCM đã nghiên cứu và tìm thấy hai loại
hóa học: Toluene, Acetone. Sau khi thực hiện nhiều lần họ có đƣợc giải pháp tốt nhất khi
pha trộn chúng với xăng ở mức thích hợp mà có thể đƣợc sử dụng để rửa sạch kim phun
trực tiếp với hiệu quả cao.

13


2.3.1. Axeton
CTPT: C3H6O
CTCT:

2.3.1.1. Tính chất vật lý.
Aceton là một chất lỏng trong suốt, khơng có màu và bay hơi nhanh, có mùi ngọt

gắt. Aceton có nhiệt độ sơi thấp và tốc độ bay hơi cao, khả năng hoà tan cao.
Aceton tan hồn tồn trong nƣớc và các dung mơi hydrocacbon mạch thẳng, mạch
vịng, hầu hết là các dung mơi hữu cơ. Aceton cũng hoà tan rất tốt trong dầu mỡ động
vật, thực vật, đa phần các loại nhựa tổng hợp và nhựa tự nhiên, các chất tổng hợp.
2.3.1.2. Tính chất hóa học.
Phản ứng cộng với H2/Ni, t o tạo ancol bậc II:
R-CO-R’ + H2 → R-CHOH-R’
Phản ứng thế ở gốc hidrocacbon vị trí bên cạnh nhóm CO:
CH3COCH3 + Br2 → CH3COCH2Br + HBr (có CH3COOH)
2.3.1.3. Ứng dụng.
Axeton có khả năng hòa tan nhiều chất hữu cơ và dễ dàng giải phong ra khỏi các
dung dịch đó nên thƣờng đƣợc làm dung mơi trong sản xuất hóa chất và tẩy rửa.
2.3.2. Toluen.
CTPT: C7H8

CTCT:

2.3.2.1. Tính chất vật lí.
Toluen thuộc loại hyđrocacbon thơm là một chất lỏng trong suốt khơng màu, có
độ nhớt thấp. Toluen ít hịa tan trong nƣớc, độ hịa tan trong nƣớc của nó
ở 160c là 0.047g/100ml, cịn ở 150c là 0.04g/100ml, là dung mơi hịa tan rất tốt chất béo,
14


dầu, nhựa thơng, photpho, lƣu huỳnh và iot, ngồi ra nó có thể tan lẫn hồn tồn với một
số dung mơi hữu cơ nhƣ rƣợu, ete, xeton.
2.3.2.1. Tính chất hóa học.


Toluen tham gia phản ứng với brom khan cho ra bromtoluen và axit HBr.

Hình 2. 6 Toluen phản ứng với Brom.
 Phản ứng với khí clo tạo ra diclometan và axit HCL

Hình 2. 7 Toluen phản ứng với Clo.


Phản ứng với nitro hóa tạo ra nitrotoluen và nƣớc.

Hình 2. 8 Toluen phản ứng nitro hóa.

15