Đề tài công trình nghiên cứu cấp bộ : Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
VIỆN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ
TRUNG TÂM CÔNG NGHỆ VI ĐIỆN TỬ VÀ TIN HỌC








BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ


THIẾT KẾ, CHẾ TẠO
MÁY RỬA SIÊU ÂM TẠI VIỆT NAM

Chủ nhiệm đề tài: MAI XUÂN SỸ

7512
28/9/2009


HÀ NỘI – 2008



Trung tâm công nghệ vi điện tử và tin học
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
Phòng thiết bị điện tử chuyên dụng Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm
Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ
1
MỤC LỤC

MC LC 1
A. Lý thuyt chung: 2
I. Công ngh làm sch: 2
1. Công nghệ làm sạch truyền thống: 2
2. Làm sạch bằng công nghệ rửa siêu âm: 2
II. Cu to và nguyên lý hot ng ca máy ra siêu âm 9
1. Đầu dò siêu âm 9
2. Bể rửa 13
3. Máy phát siêu âm 14
III. Các yu t nh hng ti quá trình làm sch bng công ngh ra siêu âm 15
1. Quan hệ giữa tần số và kích thước của bong bóng 16
2. Tác dụng của hóa chất 17
7
3. Tác dụng của nhiệt độ: 19

4. Tác dụng của tần số 19
5. Tính quan trọng của sự phân hủy khí hơi 20
IV. Mt s ng dng c th dùng trong k thut siêu âm. 20
B. Thc hin các ni dung nghiên cu: 211

I. o các tham s tr kháng, in dung ca các cm bin phc v cho thit k. 21
II. Ch to máy phát tín hiu phc v cho quá trình nghiên cu ch th kích hot công sut
u do siêu âm. 24
III. Thit k b x lý trung tâm phc v quá trình iu khin cp tín hiu máy phát và kích
hot công sut. 29
IV. Thit k ch to b khuch i công sut. 41
V. Thit k m
ch bo v quá dòng tc  cao 47
VI. Thit k ch to b c khí gá  cho b ra siêu âm 53
VII. Xây dng h o và kim tra kt qu ch th 54
VIII. Ra th mt s dng c y t: 57
IX. Quy trình công ngh “Thit k ch to máy ra siêu âm” trong phòng thí nghim 57
X. Tính nng k thut ca máy: 60
C. Kt lun và kin ngh: 61
1. Kết luận 61
2. Kiế
n nghị: 61

Trung tâm công nghệ vi điện tử và tin học
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
Phòng thiết bị điện tử chuyên dụng Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm
Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ
2
A. Lý thuyết chung:
I. Công nghệ làm sạch:
1. Công nghệ làm sạch truyền thống:
Làm sch là vn  mà tt c chúng ta thng xuyên phi i mt hàng
ngày. Nói mt cách bao quát hn, ó là s ty ra nhng cht liu không cn
thit, rc ri ra khi t nhng v trí ca nhng thit b b phn cn làm sch.
S làm sch có th c thc hin bng nhi
u cách. Mt trong nhng
phng pháp truyn thng thông thng th công là ngâm thit b trong dung
dch. Phng pháp này là s kt hp ca tác ng hóa hc và tác ng c hc.
Phng pháp truyn thng ch yu là dùng bàn chi, chi  làm sch vi
nhng b phn có cu trúc n gin, c dùng cho b mt phng, nhn mà
không phi là nhng vùng ngóc ngách hay ch khó c chi trc ti
p.
 u:
• Quy trình ra nhanh, n gin, không òi hi công ngh cao.
• R tin
 Nhc:
• Không th ra c nhng thit b có cu to phc tp, có khe h
hp, ngóc ngách nh bên trong thit b
• Gây xc b mt do dùng bàn chi hoc chi.
• Bin dng b mt, cu trúc gây gy v các chi tit nh
, mng ca
thit b.
2. Làm sạch bằng công nghệ rửa siêu âm:

Ngày nay nn sn xut công nghip ngày càng hin i các dây chuyn
sn xut ra i bo m sn xut hàng triu sn phm cùng loi trong mt nm.
Thc t này òi hi cht lng,  ng u kích thc,  lp li rt cao 
bo m lp ln m
t cách d dàng, tn ít thi gian công sc và h giá thành sn
phm.  t c iu ó các dây chuyn công ngh thng trang b nhiu
thit b ra siêu âm trong các công on khác nhau. Bo m làm sch “tuyt
i” b mt ca các sn phm trc khi bc sang công on gia công khác
trên sn phm ó. Công ngh ra siêu âm c bit rt cn trong công nghip
ch
to các bn mch in t có mt  linh kin cao, trong các thit b ch to
các chi tit c khí bng kim loi, có hình dáng ngóc ngách, nhiu l nhng,
Trung tâm công nghệ vi điện tử và tin học
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
Phòng thiết bị điện tử chuyên dụng Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm
Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ
3
phi có  sch,  cng,  chính xác cao. Công ngh ra siêu âm giúp chúng
ta x lý các bi bn trên b mt chi tit trên trc khi a vào công on ph
mt, làm bóng b mt. Di ây chúng tôi xin mô t công ngh làm sch b
mt bng k thut và công ngh làm sch siêu âm.
a. Nguyên lý làm sạch bằng công nghệ rửa siêu âm.
Vy siêu âm là gì? Và nó c ng dng nh th nào  ch to máy r
a
siêu âm?
Công ngh ra các vt th bng hóa cht ty ra và tác ng c hc ngày
nay ã không còn áp ng c yêu cu v làm sch b mt và nâng cao cht
lng ca sn phm trong sn xut công nghip, trong ty ra các dng c y t,
dng c quang hc, dng c màng lc tinh vi trong công ngh sinh hc và công
ngh ch to hóa cht.

Vi s
kt hp ca mt s hóa cht ty ra và công ngh ra siêu âm cho
phép chúng ta làm sch b mt ca vt cn ty ra  mi vât th có cu to
ngóc ngách, hoc các vt bn có kích thc nh c vài µm mà không h xây
xc hoc làm bin dng b mt hay hình dng ca vt.
Sóng siêu âm là sóng có tn s ln hn 18kHz,  tn s này ngi không
th
nghe thy c.
Trong máy ra siêu âm tn s sóng thng nm trong di t 20kHz ÷
200kHz. Sóng siêu âm dùng trong các máy ra siêu âm áp dng cho các dây
chuyn sn sut và làm sch các dng c y t có tn s ln t 10kHz ÷ 50kHz.
Các máy ra siêu âm dùng tn s cao hn 50kHz c ng dng  ra các
dng c quang hc, màng lc sinh hc, công nghip, máy làm sch rng  các
bnh vin.
Sóng siêu âm  các máy ra siêu âm là sóng c và nó mang y 
các
tính cht vt lý nh phng thc truyn, tính phn x, giao thoa sóng, v.v…
trong các môi trng truyn khác nhau.
Khi mt sóng c hc c to ra trong không khí hay trong cht lng,
di tác dng ca áp sut mt lng vt cht c dn nén to thành các con
sóng, sóng này c dch chuyn v phía có áp sut thp hn và c lan
truyn theo các hng khác nhau nhng mnh hn c vn là hng thng trc
ti
p ca lc y. Chùm sóng này cha vô s chùm sóng có tn s cao hn to
nên vì vy xut hin trong búp sóng vô vàn các búp sóng nh thng c gi
Trung tâm công nghệ vi điện tử và tin học
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
Phòng thiết bị điện tử chuyên dụng Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm
Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ
4

là bong bóng. Kích thc nhng bong bóng này phát trin khá a dng, thông
thng ph thuc vào tn s ca sóng siêu âm. Sóng siêu âm càng cao kích
thc sóng bong bóng càng nh.
Nhng bong bóng này di chuyn k tip nhau trong môi trng cht lng
cho n khi p vào b mt vt cn trên ng truyn sóng. Di tác dng lc
nén ca sóng các bong bóng v tung to ra các v n, bn các ht cht lng trc
tip vào b mt vt. Nhng v
bn phá này chia ct các màn cht bn, bi cn
ph trên b mt và kéo chúng ra khi vt khi có áp sut âm xut hin trong lòng
cht lng gn sát b mt vt.
 công ngh ra siêu âm có hiu sut cao chúng ta phi áp dng các
dung môi ty ra phù hp cho tng loi cht bn bo m cht b chia tách d
hòa tan trong dung môi và tách d dàng ra khi b mt vt cn ra. Trong quá
trình ra siêu âm l
p dung môi ty ra gn vi b mt vt dn dn b bão hòa
do mt  cht bn tách ra khi vt tng. Nh vy theo thi gian các dung môi
ty ra lp gn vi b mt vt mt kh nng kích hot.  tng hiu sut ty
ra ta có th chao lc vt hoc thay i cng  sóng siêu âm theo mt tn s
th
p hn nhiu so vi tn s làm vic thc t ca sóng siêu âm.
i vi b mt vt cn ra có nhiu hc, l sâu trong vt hoc có hình
dáng ngon ngèo chúng ta cn t vt trong b ra  t th sao cho cht bn
tách ra d dàng di chuyn ra khi l, hc ca nó. Trong mt s trng hp cn
to mt dòng cht lng tun hoàn trong dung d
ch ty ra.
Nh vy  ra siêu âm hiu qu cao cn có mt quy trình ra c th cho
tng i tng vt cn ra cng nh dng bi bn bám trên vt ó.
b. Quá trình làm sạch bằng công nghệ rửa siêu âm.
Khi cp in cho cm bin siêu âm, cm bin này to ra nhng dao ng
sóng c trên b mt ca nó vi tn sut l

n hn 20.000 dao ng/giây. Sóng c
này c truyn trc tip vào thép không r ca b ra siêu âm và to ra nhng
xung kích có tn s cao trong lòng cht lng ca b ra siêu âm. Di tác ng
ca nhng xung kích c hc tn s cao vô s bong bóng kích thc nh c
to ra trong thi gian ngn và c truyn theo mi hng trong lòng cht lng
và s dch chuyn này tuân th hoàn toàn các nh lut c
a sóng c trong cht
lng. Nhng chùm bong bóng dch chuyn lên phía trc và p vào b mt
ca vt cn ra to ra mt s bn phá c hc lên bi bn bám trên b mt. Di
Trung tâm công nghệ vi điện tử và tin học
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
Phòng thiết bị điện tử chuyên dụng Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm
Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ
5
tác ng lc bn phá này thì nhng bi bn b tách ra khi b mt và d dàng
tan vào dung môi ty ra nh tác dng ca hóa cht. Nh vy bt càng nh kh
nng chui sâu càng ln do ó có tác dng ty ra b mt ca các vt có các l
hoc có cu to ngon nghèo phc tp, mà công ngh ra thông thng không
th nào t c.
Hình di ây mô t
quá trình ty ra b mt ca mt vt.  cho dung
dch ty ra hòa tan c các ht bi bn iu cn thit là dung dch cn phi
c tip xúc trc tip vi ht bi. Trong trng hp này quá trình ty ra
óng vai trò to s tip xúc gia hóa cht hoc bi bn.

Khi hóa cht hòa tan bi bn thì mt lp hóa cht gn sát b mt ca vt
dn dn b bão hòa do vy tác dng hòa tan ca nó ngày mt dày nh vy quá
trình ty ra b chm li hoc mt hn.  quá trình làm sch nhanh hn cn b
xung thng xuyên hóa cht ty ra mi (xem hình v).

Vi vic to bt sóng và bn phá b mt bng bt sóng, sóng siêu âm ã
làm tng hiu sut ty ra bng cách hn ch s hình thành lp hóa cht bão
hòa to iu kin cho lp hóa cht tích cc trc tip tip xúc vi b mt vt cn
ra.
Trung tâm công nghệ vi điện tử và tin học
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
Phòng thiết bị điện tử chuyên dụng Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm
Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ
6

Mt vài bi bn không hòa tan mà ch bám mt cách lng lo trên b mt
ca vt nh lc liên kt ion hoc lc Cohesive. Nhng bi bn này d dàng loi
b bng cách cng bc mt lc ln hn lc bám dính ca nó vi b mt là bi
bn ã c tách ra khi b mt mt cách d dàng. Xem hình di:

 quá trình ty ra siêu âm t hiu qu cao òi hi dung dch ty ra
phi dính t c các ht bi bn cn làm sch

Trung tâm công nghệ vi điện tử và tin học
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
Phòng thiết bị điện tử chuyên dụng Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm
Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ
7
Trong thc t có rt nhiu dng bi bn khác nhau có th tan hoc không
tan trong dung dch ty ra.  công ngh ra siêu âm có hiu qu cn phi
chn cht ty ra phù hp cng nh cung cp nng lng siêu âm cn thit và
yu t nhit  cng không kém phn quan trng thúc y quá trình làm sch
b mt.
Khác vi các kiu ty ra khác sóng siêu âm thông qua các bong bóng có
th

tip cn vi các im khác nhau v  sâu,  ngot nghéo, và ra sch b
mt ca vt có hình dng bt k rt có hiu qu.
 Ưu điểm
Có mt s nhng u im li ích thc s t ng dng ca k thut sóng
siêu âm n vic làm sch chính xác.
• Nâng cao tc  làm sch. K
thut làm sch bng sóng siêu âm
nhanh hn bt k mt phng thc làm sch thông thng nào
khác. Toàn b quá trình có th c làm sch mà không cn tách
ri, tit kim nhân lc làm cho k thut siêu âm c la chn
mang li li nhun nht.
• Tính làm sch n nh chc chn là không gì sánh ni. Tác dng
làm sch ng u ca sóng siêu âm i vi tt c các vt có kích
l
n hay nh, n gin hay phc tp, n l hay ra nhiu b phn
trong mt lt. Công ngh ra siêu âm giúp ta làm sch k lng
hoàn ho các cht bn trên toàn b b mt vt và không ph thuc
vào ngi vn hành.
• An toàn và úng quy nh v môi trng t vic gim bt nng 
hóa hc nguy him hay có th thay th c ca s 
n mòn cht
làm sch trung gian.
• Làm gim bt s tip xúc trc tip ca ngi vn hành vi cht
làm sch nguy him.
• Tit kim nng lng, nhân lc và giá thành thp.

• Máy ra siêu âm mang li giá tr nng sut thc s cho ng dng
làm sch chính xác.

Trung tâm công nghệ vi điện tử và tin học
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
Phòng thiết bị điện tử chuyên dụng Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm
Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ
8
,c. Phạm vi ứng dụng:
Bi nhng c im và kh nng u vit nên k thut ra siêu âm c
ng dng rng rãi vi phm vi rng trong nhiu lnh vc.
 Trong Phòng thí nghiệm khoa học
•  thy tinh
• ng kim tra, ng soi, ng thí nghim
• ng hút Pipettes
• Thu kính
• Dng c nghiên cu khoa hc
• H
p cht
 Sản xuất công nghiệp
• Thit b chuyn mch
• R le và ng c
• Ph tùng  gá lp, bánh rng…
• Thit b chính xác
• B phn kim loi và nha plastic
• Các chi tit làm bng kim loi và nha PVC.
• Quy trình ghép ni lp ráp
 Sản xuất công nghệ điện tử
• Bng m
ch máy tính PC
• Bng mch linh kin in t công ngh hàn b mt.
• Công ngh ch to  s dng gm s.
• T in.

• Ph kin óng gói
• Linh kin thch anh.
• Tm thy tinh có  phân gii cao.
 Lĩnh vực y học
• Dng c phu thut
• Thi
t b dùng  tiêm
• Thit b to ôxu cho máu.
• Thit b cha rng.
 Công nghệ hoàn kim
• ng h và các ph kin ng h.
• Kim loi và á quý.
Trung tâm công nghệ vi điện tử và tin học
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
Phòng thiết bị điện tử chuyên dụng Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm
Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ
9
• Ra sch các b phn phc tp
• Công ngh chui ht
•  trang sc.
• Tin ng xu
• Làm sch tng, sch các chai, l, bình c.
II. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy rửa siêu âm.
Sơ đồ khối:



Sơ đồ khối của máy rửa siêu âm

 dn nng lng siêu âm vào h có b ra siêu âm chúng ta cn có mt

cảm biến siêu âm, bể rửa và máy phát siêu âm công suất. Máy phát siêu âm
công sut truyn mt nng lng in  mt tn s nht nh nào ó cho cm
bin siêu âm, cm bin này bin i nng lng in sang nng lng c di
dng sóng.
1. Đầu dò siêu âm
Hin nay có hai lo
i hiu ng vt lý có th to ra ngun sóng siêu âm
công sut ln là: Hiu ng t ro(Magnetostrictive) và hiu ng áp in
(Piezoelectric).



Trung tâm công nghệ vi điện tử và tin học
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
Phòng thiết bị điện tử chuyên dụng Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm
Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ
10

Nguyên lý hoạt động của cảm biến từ giảo:
Hiu ng t gio (Magnetostrictive) là hin tng dao ng c hc ca
vt liu st t nh (permaloy) khi cng  t trng i qua nó thay i. Thc
t cho thy khi dn t trng xoay chiu vào tm vt liu st t, tm vt liu
này b co giãn v kích thc to nên các sóng
ng trên b mt vt liu t theo
tn s bin i ca t trng i qua nó. Mc  dao ng này có th lên ti 1.0
÷ 10µm  di tn s 50kHz.

Nh vy quá trình to sóng âm  hiu ng t gio là quá trình bin i
nng lng in sang t trng và t trng sang nng lng c hc. Quá trình
bin i trên to ra s mt mát v mt nng lng do vy các cm bin siêu âm

t gio thng có hiu sut thp. Tuy nhiên các vt liu st t có các c tính
c hc cao vì v
y có th to ra các ngun sóng siêu âm công sut ln và kh
nng chu ng cao các tác ng và môi trng khc nghit.
Nguyên lý hiệu ứng áp điện (Piezoelectric)
Mt s vt liu nha nh tinh th thch anh, barium titanate có dao ng
sóng c khi áp nên nó nhng dòng in tích xoay chiu. Tuy nhiên nhng vt
liu này thng dao ng không n nh và kh nng chu ti c hc thp. T
nh
ng nm 1940 các nhà khoa hc M ã ch to ra cm bin Piezoelectric có
công sut ln,  bn cao vi c hc và môi trng c bit rt n nh v mt
tn s.
Trung tâm công nghệ vi điện tử và tin học
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
Phòng thiết bị điện tử chuyên dụng Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm
Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ
11

Tuy nhiên hiu ng bin dng trong Piezoelectric thng bé hn nhiu so
biên  dao ng ca t gio. Thông thng biên  dao ng ca Piezoelectric
thng nm trong khong 0.1µm ÷ 7µm. Tuy vy tn s làm vic ca
Piezoelectric có th lên n 5MHz.
Xét v phng din công sut thì cm bin siêu âm t ro có công sut cao
hn nhiu so vi cm bin siêu âm Piezoelectric.
Xét v phng din bin i nng l
ng thì cm bin Piezoelectric có kh
nng bin i thut nghch – in nng – C nng – in nng.
Kích thc vt lý ca cm bin siêu âm gn nh thng c dùng  ch
to máy ra siêu âm.
 Cu to ca cm bin siêu âm Piezoelectric:

Di tác dng ca in tích t trên hai in cc ca cm bin, l
p gm
cùng in cc kim loi chu mt lc xon rt ln. Do cm bin có cu to dng
xuyn nên lc có dãn ra biên là không ln, lc ch yu xut hin trên b mt
hình xuyn to ra nhng dao ng sóng ng.
Nu ta gn cht cm bin vào mt tm thép – tm thép s do ng, to
ra sóng c có công sut ln truyn theo ph
ng vuông góc vi trc xuyn. 
sóng c truyn ra b ra hiu sut cao cn gn cht b mt cm bin vi áy b
thông qua lp cách in nhng có in tr sóng gn vi tr sóng ca thành b.
Các nhà ch to ã to ra các b ra siêu âm dùng vt liu thép không r 314 –
Kt cu b,  dày ca nó ã c tính toán sao có hi
u sut siêu âm là cao
nht.



Trung tâm công nghệ vi điện tử và tin học
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
Phòng thiết bị điện tử chuyên dụng Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm
Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ
12

Một số khái niệm và định nghĩa các tham số của đầu dò siêu âm
 Xác nh thông s c bn ca u dò hoc cm bin.
 thit k ch to máy ra siêu âm, iu quan trng là phi hiu rõ
nhng thông s c bn ca cm bin siêu âm. Di ây là mt s khái nim
chính v cm bin siêu âm bng gm áp in (PZT).
Nh chúng ta ã bit, khi cm bin PZT c t mt in áp – kính
thc ca cm bin b bin dng. Ngc li, nu ta to ra s bin dng v kích

thc ca cm bin thì gia 2 in cc ca cm bin xut hin mt in áp.
Quan h gia lc và hiu qu tng ng x
y ra trên cm bin ph thuc
vào các yu t sau: c trng k thut ca PZT, kích thc và hình dng ca
nó, hng tác ng c khí, in t lên cm bin.
 phân bit hng s bin dng trong cm bin, ngi ta dùng h ta
 3 chiu.
H to  3 cc này nó là hng phân cc bên trong cm bin PZT.
Hng ca nó c thit lp b
i mt in áp cao mt chiu a vào gia cp
cc i din ca cm bin (nh hng phân cc này xy ra trong quá trình ch
to cm bin). Các cc nh hng này sau ó c thay th bi nhng cc
mi gn trên cp th hai i din ca cm bin PZT.
Ký hiu ca các i lng c trng ca PZT:
T = l
c tác dng không i = không có lc ngoài t vào.
E = in trng không i = on mch.
D = cng  in trng không i = h mch.
S = sc cng không i = bt cht bng c khí.
H s “d”: D c hiu nh là mt lc c hc ã c to ra bi t mt
in trng vào hai u cc PZT, ây g
i là h s bin i in c và có n v
tính là m/V (m:meter, V: in áp).

Thng thì d
ij
ln liên quan n nhng cm bin kích hot có  bin
dng ln, y chính là nhng cm bin chuyn ng (ng c siêu âm, b lái
gng siêu âm, kim hàn siêu âm). Ngc li, d
33

c s dng khi lng in
tích thu c trên in cc khi có mt lc c hc tác ng trên nó  c 3
Trung tâm công nghệ vi điện tử và tin học
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
Phòng thiết bị điện tử chuyên dụng Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm
Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ
13
hng. d
31
c biu din in tích thu c trên in cc khi tác ng mt lc
vuông góc vi các trc phân cc.








Hình nh gii thiu b cm bin siêu âm:
Ultrasonic Cleaning Transducers (Catalog
No. 90-)
Nng sut cao
Tm hot ng ln
Nhit  thp
Không b nh hng khi ti thay i
Giá c cnh tranh
Ứng dụng tiêu biểu
B cm bin trong máy ra siêu âm

2. Bể rửa:
Thit b ra siêu âm có nhiu dng khác nhau: máy ra siêu âm c lp,
máy ra siêu âm tách bit hai khi, máy ra siêu âm nhiu khi a chc nng.

Trung tâm công nghệ vi điện tử và tin học
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
Phòng thiết bị điện tử chuyên dụng Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm
Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ
14

Cấu tạo của bể rửa siêu âm và đầu dò gắn dưới đáy bể
3. Máy phát siêu âm
Hin nay rt nhiu hãng trên th gii ch to nhiu máy phát siêu âm vi
nhiu chng loi khác nhau. Máy phát siêu âm thc cht là mt máy in công
sut ln nhm to ra ngun in công sut ln tn s sóng siêu âm di t 20
kHz cho n 120kHz có công sut t vài chc Watts n hàng kWatts tùy theo
mc ích s dng. Máy phát siêu âm bao gm máy phát tín hiu và b khuch
i công sut di rng nh
m kích hot u dò siêu âm. Di ây là mt s loi
máy phát siêu âm do:


- Máy phát siêu âm cung cp dng sóng tín hiu hình vuông:
Nu ta t mt sóng hình vuông nên cm bin siêu âm thì cm biên s dao
ng  rt nhiu tn s khác nhau xung quanh tn s c bn ca sóng hình
vuông.
- Dng xung:
 ch  dng xung cm bin siêu âm c kích hot  ch  óng ngt
theo mt thi gian nht nh có tn s thp hn nhiu so vi tn s

 cng hng
riêng ca nó.
Trung tâm công nghệ vi điện tử và tin học
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
Phòng thiết bị điện tử chuyên dụng Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm
Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ
15

- Quét tn s:
Trong mt s trng hp máy phát siêu âm có th iu bin tn s xung
quanh tn s cng hng ca nó.

- Tn s và biên  ca máy phát siêu âm:
Tn s và biên  là c trung có bn ca sóng âm. Hình v di ây biu
din các búp sóng truyn trong môi trng  các ch  khác nhau:

III. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình làm sạch bằng công nghệ rửa siêu
âm
S phân phi nng lng siêu âm:
Quá trình phân phi nng lng xy ra trong k thut ra siêu âm yêu cu
phi có hai yu t:
- Ngun sóng to ra phi c truyn trong môi trng cht lng và mt
cn ra phi c tip xúc trc tip vi cht lng.
Trung tâm công nghệ vi điện tử và tin học
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
Phòng thiết bị điện tử chuyên dụng Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm
Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ
16
- Nhng bt bong bóng c to ra phi có nng lng  ln bo m
khi nó gii phóng  gây nên các tác ng n cht bn ca toàn b b

mt vt cn ty ra.
Hin tng to thành bt bong bóng và kích n các bt ó có th ch xy ra
bên trong cht lng nhng không nht thit xy ra trong toàn b các loi cht
lng. Mt s
tính cht vt lý ca cht lng nh là  nht, sc cng b mt, áp
sut hi ca cht lng có nh hng n s hình thành quá trình to bt bong
bóng. Phn ln các dung dch hóa cht u có tính cht vt lý phù hp vi k
thut và công ngh ra siêu âm.
1. Quan hệ giữa tần số và kích thước của bong bóng
Tn s cao to ra kích thc bong bóng nh h
n tn s thp. Nhng bong
bóng có kích thc nh có th to ra trong mt giãn cách nh hn mt bong
bóng có kích thc ln.


Tài liệu trích dẫn: Branson ultrasonic cleaner application note
Cng  sóng kích trong nc c to ra các s kích n bong bóng có
quan h trc tip n kích thc ca bt bong bóng. i vi nhng bt bong
bóng kích thc ln thng do sóng kích có cng  ln to nên. Kích thc
ca bong bóng t l nghch vi tn s siêu âm – do ó nhng kích thc bong
bóng ln thng c to ra bi tn s thp. Nhng sóng c to ra  t
n s
thp thì thi gian gia hai búp sóng dài cho phép quá trình hình thành và phát
trin các bt bong bóng có thi gian ln hn. S lng các bong bóng tng theo
s tng ca tn sô. Nu công sut siêu âm u vào không i thì nhng bt
Trung tâm công nghệ vi điện tử và tin học
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
Phòng thiết bị điện tử chuyên dụng Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm
Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ
17

bong bóng c to ra  tn s thp có kh nng kích n mnh hn nhng bong
bóng to ra  tn s cao.
Hình minh ha di ây mô t kích thc, mt  ca sóng siêu âm to bi
hai tn s khác nhau  cùng mt ch  công sut siêu âm nh nhau.




2. Tác dụng của hóa chất
 quá trình ra t hiu qu cao nht ngoài các yu t nh thi gian, nhit
, hóa cht ty ra còn mt yu t t bit quan trng khác na là mt  bt
khí siêu âm trong dung dch ty ra.
La chn hp cht hóa hc thích hp c bit quan trng  mang li thành
công toàn din cho quy trình làm sch bng k thut sóng siêu âm. S l
a chn
thành phn hóa hc này phi c tng thích vi thành phn base kim loi
c ra và có kh nng ty ra cht bn. Nó cng phi có phi có kh nng
to s si bong bóng tt. Hu ht nhng cht ty ra hóa hc có th c s
dng thun li vi k thut sóng siêu âm. Chúng có nhng công thc c bit
 s d
ng cho k thut ra siêu âm. S dng nhng công thc cho vic ty ra
thích hp có th yêu cu ti mt vài các thit b mà cn c nghiên cu xem
xét rõ ràng bao gm c tng công sut mang li hiu qu.

Tài liu trích dn : Branson ultrasonic cleaner application note
Trung tâm công nghệ vi điện tử và tin học
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
Phòng thiết bị điện tử chuyên dụng Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm
Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ
18

Nhit  c  cp n u tiên khi mun có c s si bong bóng ln
nht. Hiu lc ca cht ty ra hóa hc cng có quan h vi nhit . S si
bong bóng hiu qu ln nht  iu kin nc tinh khit vi nhit  khong
160
0
F. Nguyên tc chính ca nó là mi cht hóa hc hot ng có hiu qu vi
mi quy trình ty ra c a ra. Nh vy mc dù hiu ng sóng siêu âm ln
nht có th t c  160
0
F nhng hu ht cht n da li c s dng  nhit
 180
0
F n 190
0
F bi ti ây tác dng hóa hc ca cht ty ra t hiu sut
cao. Nhng loi cht ty ra khác có th b phá v hay mt i hiu ng ca
chúng khi c s dng  nhit  quá gii hn nh là thp hn 140
0
F. Nhit
 thích hp nht  s dng vi cht hóa hc là không vt quá 190
0
F.
Kh khí c ca dung dch làm sch cng là mt vn  ht sc quan trng
 em li kt qu làm sch mong mun. Nhng dung dch ó mà lnh thì cn
c gim khí c trc khi tin hành quy trình làm sch. Loi b khí c
c thc hin sau khi cht hóa hc c a vào và hoàn thành quá trình vn
hành nng lng sóng siêu âm. Thi gian yêu cu cho vic loi b khí c là
c xem xét  nhiu mt khác khác nhau da trên dung tích ca b ra và
nhit  dung dch, có th là nhiu phút i vi mt b nh n mt gi i vi
mt b ra ln hn. Vi b mà không b nung nóng thì có th yêu cu hàng gi

cho vic loi b khí c. Vic kh ht khí c hoàn thành khi nhng bong bóng
nh ca khí không nhìn thy reo nên trên b mt b
mt ca cht lng.



Tài liu trích dn : Branson ultrasonic cleaner application note
Công sut siêu âm phân phi cho b ra siêu âm phi tng thích vi toàn
b s si bong bóng trong cht lng vi ti làm vic. n v o thng c s
dng  o công sut siêu âm trong b ra là Watts. Khi th tích ca b tng lên
thì công sut / n v th tích gim i. Nhng thit b cn làm sch có kích
thc rt ln hay có h
 s t l ca b mt ln có th tng thêm mc công sut.
Trung tâm công nghệ vi điện tử và tin học
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
Phòng thiết bị điện tử chuyên dụng Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm
Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ
19
Tha công sut có th là nguyên nhân dn ti s n mòn bong bóng hay s
“cháy” trên phn kim loi. i vi nhng quá trình làm sch t  chun xác
cao các thit b ra siêu âm có mt b iu chnh công sut và công sut s
c iu chnh tùy theo mc  yêu cu ca quá trình làm sch.
3. Tác dụng của nhiệt độ:
Nhit  c coi là tham s quan trng nht trong vi
c to ra cng 
cc i ca bong bóng. S thay i nhit  dn n s thay i  nht, kh
nng hòa tan ca khí trong cht lng, mc  khuch tán ca khí trong cht
lng và áp sut hi.  nc tinh khit thì mc  to bong bóng t n cc i
 nhit  gn 160kHz.
 nht ca cht lng làm gi

m rt nhiu cái cng  to bong bóng. a
s các loi cht lng có  nht gim khi nhit  tng.  vic to bong bóng
có hiu qu cao cht lng cn phi cha lng khí hòa tan nh nào ó. Khí hòa
tan  trong cht lng s c gii phóng trong quá trình to bong bóng và nó
ngn cn s v bong bóng dng cng bc. Trên thc t khi nhit  tng,
lng khí hòa tan trong cht lng gim. S khuch tán ca khí hòa tan tng khi
nhit  tng.
Khi nhit  trong cht lng tng quá cao dn n cht lng gn ti cái quá
trình bay hi nh vy quá trình to bong bóng bng hi rt d xy ra. Nhng
bong bóng cha y hi tng thì cng  ca bong bóng này gim và mt vài
ni trong b bt u bc hi.
4. Tác d
ụng của tần số
Cng  xut hin bong bóng t l thun vi công sut siêu âm. Khi công
sut siêu âm tng trên ngng to bong bóng mt giá tr áng k thì cng 
to bong bóng trit tiêu.
Cng  to bong bóng t l nghch vi tn s siêu âm. Khi tn s siêu âm
tng thì cng  to bong bóng gim do các bong bóng to ra có kích thc
nh hn ng ngha v
i vic nng lng kích n bé hn. Tuy nhiên  tn s
cao vic tng công sut vt quá mt mc nào y thì cng  tao bong bóng
li c tng lên. Hn ch n mc ti a lng khí hòa tan trong cht lng.
Trung tâm công nghệ vi điện tử và tin học
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
Phòng thiết bị điện tử chuyên dụng Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm
Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ
20
5. Tính quan trọng của sự phân hủy khí hơi

Khi mt áp sut âm phát trin trong bong bóng, hi b phân hy trong dung

dch si bong bóng và bt u khuch tán dc theo ng biên gii bên trong
bong bóng. Khi áp sut hi gim i, s si bong bóng bt u quá trình xp
xung do sc cng b mt ca nó. Trong sut quá trình ép nén bt k hi khí
nào trong bong bóng u b nén và cui cùng lan rng khp b mt trong lòng
cht lng. Hiu qu làm sch ln nht
IV. M
ột số ứng dụng cụ thể dùng trong kỹ thuật siêu âm. (Chi tit xem mc
phm vi ng dng trang 7 ca báo cáo)
 Trong Phòng thí nghim khoa hc
 Sn xut công nghip
 Sn xut công ngh in t
 Lnh vc y hc
 Công ngh hoàn kim
Trung tâm công nghệ vi điện tử và tin học
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
Phòng thiết bị điện tử chuyên dụng Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm
Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ
21


B. Thực hiện các nội dung nghiên cứu:

 tài ã thc hin các ni dung nghiên cu sau và c mô t trong các
chuyên  t 1 ÷ 14:
• Chuyên  1: Báo cáo tng quan v lý thuyt ra siêu âm.
• Chuyên  2: Tính toán thit k tng th.
• Chuyên  3: Tài liu dch lý thuyt c bn v công ngh ra siêu âm.
• Chuyên  4: Tài liu dch v k thut o in dung, tr kháng
• Chuyên  5: Xây dng h
o in dung, tr kháng.

• Chuyên  6: Thit k ch th, máy phát hình sin
• Chuyên  7: Thit k, ch th b ngun công sut.
• Chuyên  8: Thit k, ch to b vi x lý trung tâm.
• Chuyên  9: Thit k, ch to b khuch i công sut.
• Chuyên  10: Thit k, ch to mch bo v quá dòng tc  cao
• Chuyên  11: Thit k, ch to b c khí, gá  cho b ra siêu âm.
• Chuyên  12: Xây dng h o, ánh giá kt qu ch th
• Chuyên  13: Quy trình công ngh thit k, ch to máy ra siêu âm
trong phòng thí nghim.
• Chuyên  14: Th nghim làm sch dng c y t bng máy ra siêu âm.
(Biên bn nhn xét, ánh giá kt qu th nghim làm s
ch dng c y t
ti bnh vin Y hc hàng không).
Di ây là mt s ni dung chính ã thc hin c và ã t c mt
s kt qu c th nh sau:
I. Đo các tham số trở kháng, điện dung của các cảm biến phục vụ cho thiết
kế.
 phc v cho  tài nghiên cu “thit k, ch to máy r
a siêu âm ti
Vit Nam” chúng ta cn phi o in dung và tr kháng ca các cm bin siêu
âm.
Trung tâm công nghệ vi điện tử và tin học
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
Phòng thiết bị điện tử chuyên dụng Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm
Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ
22
o in dung ca cm bin cng nh xác nh tr kháng ca mng mch
trên là thông s công ngh quan trng, không th thiu phc v cho thit k ch
to máy phát siêu âm công sut.
Lý thuyt chung v o in dung và tr kháng xem chng IV, chuyên

 v lý thuyt o in dung, tr kháng.
Sau khi tìm hiu nghiên cu các phng pháp o in dung và tr kháng
chúng tôi thy máy o HIOKI 3532 – 50 LRC meter phù h
p cho vic o và
xác nh các tham s in dung, tr kháng ca cm bin siêu âm.
Di ây chúng tôi gii thiu các tính nng k thut và cách vn hành
máy o HIOKI 3532 – 50 LRC meter:

Vi vic s dng thit b o tn s có th thay i, HIOKI 3532 LCR
HiTERER ã ci thin công sut vi tc  áp ng 5ms, giúp nâng cao hiu
sut ng truyn. HIOKI 3532 LCR HiTERER bao trùm phm vi tn s t
42Hz n 5MHz. iu kin kim tra có th gn vi iu kin vn hành ca thit
b.  chính xác ±0.08%. Phm vi s dng r
ng rãi
Mt s thông s chính ca thit b o:
Tham số đo
|Z|, |Y|, , Rp, Rs (ESR), G, X, B, Cp, Cs, Lp, Ls, D,
Q
Dải đo
|Z|, R, X
10.00 m to 200.00 M

θ
-180.00° to +180.00°
C
0.3200 pF to 370.00 mF
L
16.000 nH to 750.00 kH
D
0.00001 to 9.99999

Q
0.01 to 999.99
|Y|, G, B
5.0000 nS to 99.999 S
Độ chính xác
Z: ±0.08% rdg.  ± 0.05°
Dải tần số đo
42 Hz to 5 MHz
Trung tâm công nghệ vi điện tử và tin học
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
Phòng thiết bị điện tử chuyên dụng Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm
Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ
23
Mức tín hiệu đo
10 mV to 5 V rms /10µA to 100 mA rms
Trở kháng ra
50
Màn hình hiển thị
LCD with backlight / 99999 (full 5 digits)
Thời gian đo

Fast: 5ms
Normal: 21ms
Slow 1: 72ms
Slow 2: 140ms
Bộ nhớ
Max. 30 Sets


Di ây là bng kt qu o in dung và tr kháng ca hai b ra siêu âm

 ây : F(kHz): Tn s ;
Y(mS) : addmitance ; Z(k): impedance;
C
p
(nF): in dung song song; C
s
(nF ): in dung ni tip; L
p
(mH): in cm song song;
L
s
(mH): in cm ni tip
Bể 1
F(kHz) 40.00 40.50 41.00 41.50 42.00 42.50 43.00 43.50 44.00 44.50 45.00
Y(mS) 0.617 0.678 0.639 0.785 0.747 0.718 0.726 0.729 0.824 0.879 0.905
Z(k) 1.605 1.560 1.417 1.273 1.123 1.616 1.377 1.262 1.212 1.137 1.105
C
p
(nF) 5.619 6.897 6.812 0.712 1.612 2.285 2.676 2.090 2.982 3.145 3.199
C
s
(nF) 5.660 7.118 12.71 12.61 1.97 2.356 2.701 2.909 2.985 3.148 3.202
L
p
(mH) 2.818 2.238 2.210 2.269 2.903 3.137 3.118 3.631 3.387 3.876 3.909
L
s
(mH) 2.796 2.169 1.184 1.154 7.270 5.966 5.071 4.601 4.382 4.062 3.906

Bể 2
F(kHz) 40.00 40.50 41.00 41.50 42.00 42.50 43.00 43.50 44.00 44.50 45.00
Y(mS) 0.517 0.587 0.629 0.642 0.651 0.672 0.681 0.683 0.683 0.684 0.691
Z(k) 1.810 1.839 1.787 1.789 1.645 1.589 1.685 1.682 1.642 1.755 1.805
C
p
(nF) 5.894 6.824 6.858 0.752 1.638 2.258 2.705 2.810 2.985 2.916 2.905
C
s
(nF) 5.641 7.108 12.81 12.71 1.756 2.325 2.704 2.789 2.804 2.912 2.897
L
p
(mH) 2.898 2.688 2.628 2.789 2.853 2.217 2.518 2.621 2.687 2.686 2.754
L
s
(mH) 2.796 2.169 2.184 2.154 2.270 2.666 2.672 2.601 2.382 2.742 2.786
C
p
(nF) 6.152 7.655 6.864 6.677 6.736 6.423 6.448 6.972 6.989 6.156 6.451
C
s
(nF) 6.304 6.843 6.72 6.44 6.545 6.487 6.878 5.956 5.941 5.183 5.412
L
p
(mH) 2.576 2.145 2.275 2.566 2.6153 2.834 2.733 2.515 2.474 2.476 2.586

L
s
(mH) 2.589 2.417 2.478 2.752 2.533 2.726 2.714 2.841 2.845 2.744 2.847

Trung tâm công nghệ vi điện tử và tin học
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
Phòng thiết bị điện tử chuyên dụng Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm
Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ
24
II. Chế tạo máy phát tín hiệu phục vụ cho quá trình nghiên cứu chế thử
kích hoạt công suất đầu do siêu âm.
 phc v cho  tài nghiên cu “thit k, ch to máy ra siêu âm ti
Vit Nam”  tài cn thit k ch to máy phát tín hiu hình Sin có kh nng
iu chnh tn s nhm cung cp ngun tín hiu cho b khuch i công sut
dùng  kích hot cm bi
n.
a. Các yêu cầu kỹ thuật của máy phát tín hiệu cần đạt:
− Di tn s: t 10kHz ÷ 100kHz.
− Dng tín hiu: Sin.
− Biên  u ra: 0 ÷ 5Vpp.
− Ti u ra: ln hn 50.
− iu kin thay i tn s: iu khin ngoài (thông qua b x lý
trung tâm) hoc iu khin trong.

b. Nội dung nghiên cứu đã thực hiện
 to ra tín hiu phát có kh nng iu chnh tn s ta s dng mch t
hp Max038. Di ây tôi xin gii thiu tính nng k thut ca Max038:
Max038 là b phát tn s cao, có th a ra các dng sóng: sin,rng ca,
tam giác, vuông và xung. Tn s u ra thay i trong di tn t 0,1 Hz n 20
MHz. Tn s hay chu k có th c iu chnh bng dòng, áp hay 

in tr u
vào. Dng sóng phát ra theo yêu cu c la chn bng các mã tng ng t 2
u vào logic A0 và A1. Các u ra ng b và tách sóng pha tích hp bên
trong cho phép kim tra tín hiu bên ngoài. Max038 hot ng vi ngun cp
±5V. B to dao ng kiu hi phc hot ng theo s phóng np ca t C
F vi
mt dòng không i ng thi phát ra các sóng vuông hay tam giác. S phóng,
np ca t C
F
c iu khin bi mt dòng in a vào mt chân IIN và có
th thay i bng cách hiu chnh in áp trên hai chân FADJ (8) và DADJ(7)
nm, trong khong t 2 µA n 750 µA. Ngoài ra có th hiu chnh các tn s
nh bng cách a in áp ±2.4V vào chân FADJ.