Thiet Ke Mach Sieu Am

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆ N Ứ NG DỤ NG CÔNG NGHỆ

TRUNG TÂM CÔNG NGH Ệ VI ĐIỆN TỬ VÀ VÀ TIN HỌC

BÁO CÁO TỔNG K ẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ

THIẾT K Ế, CHẾ TẠO MÁY R Ử ỬA SIÊU ÂM TẠI VIỆT NAM Chủ nhiệm

tài: MAI XUÂN SỸ đề tài

7512 28/9/2009

HÀ NỘI – 2008

Trung tâm công nghệ vi đ i iệ n t ử và tin học ử và Báo cáo t ổ ổng ng k ế ết đề tài nghiên cứ u khoa học cấ p Bộ

MỤC LỤC MỤC LỤC .......................................................... .......................................................................................... ............................................................. ...................................... .........11 A. Lý thuyết chung: ......................................................... ...................................................................................... .........................................................2 ............................2 I. Công ngh ệ làm s ạch:..........................................................................................................2 1. Công ngh ệ làm sạch truyề n thố ng: ng: ...............................................................................2 2. Làm sạch bằ ng ng công ngh ệ r ử ửa siêu âm: .......................................................................2 II. Cấu tạo và nguyên lý ho ạt động của máy r ửa siêu âm.....................................................9 1. Đầu dò siêu âm .............................................................................................................9 .......................................................................................... ........................................................... ..................................13 13 2. Bể r r ử ửa ............................................................. 3. Máy phát siêu âm ........................................................................................................14 III. Các y ếu tố ảnh hưở ng ng tớ i quá trình làm s ạch bằng công ngh ệ r ửa siêu âm..................15 .....................................................16 1. Quan hệ giữ a t ần số và và kích th ướ c của bong bóng .....................................................16 ..............................................................................................17 7 2. Tác d ụng của hóa ch ấ t t ..............................................................................................17 3. Tác d ụng của nhiệt độ: ...............................................................................................19 4. Tác d ụng của t ần số ....................................................................................................19 5. Tính quan tr ọng của sự phân phân h ủ y khí hơ i ...................................................................20 IV. Một số ứng dụng cụ thể dùng trong k ỹ thuật siêu âm. ................................................. .................................................20 20 B. Thực hiện các nội dung nghiên c ứu: ............................................................ ................................................................................21 ....................21 1 I. Đo các tham s ố tr ở kháng, điện dung c ủa các cảm biến phục vụ cho thi ết k ế. .......... ...............21 .....21 ở kháng, II. Chế tạo máy phát tín hi ệu phục vụ cho quá trình nghiên c ứu chế thử kích ho ạt công suất ....................................................................................... .........................................................24 ............................24 đầu do siêu âm. .......................................................... III. Thiết k ế bộ xử lý trung tâm ph ục vụ quá trình điều khiển cấ p tín hiệu máy phát và kích hoạt công suất. ............................................................ ......................................................................................... ........................................................29 ...........................29 IV. Thiết k ế chế tạo bộ khuếch đại công su ất. ......................................................... .................................................................... ...........41 41 V. Thiết k ế mạch bảo vệ quá dòng t ốc độ cao....................................................................47 VI. Thiết k ế chế tạo bộ cơ khí khí gá đỡ cho cho b ể r ửa siêu âm.................................................... âm....................................................53 53 VII. Xây dựng hệ đo và ki ểm tra k ết quả chế thử...............................................................54 VIII. R ửa thử một số dụng cụ y tế: .......................................................... .....................................................................................57 ...........................57 IX. Quy trình công ngh ệ “Thiết k ế chế tạo máy r ửa siêu âm” trong phòng thí nghi ệm.....57 X. Tính năng k ỹ thuật của máy:..................................................... máy:.................................................................................. ..................................... ........60 60 C. K ết luận và ki ến nghị: ......................................................... ........................................................................................ ...............................................61 ................61 ........................................................................................ ........................................................... .................................61 61 1. K ế ết luận .......................................................... 2. Kiế n nghị:....................................................................................................................61

Phòng thi ế chuyên d ụng ết b ị đ ị đ i iệ n t ử ử chuyên Chủ nhi ệm: Mai Xuân S ỹ

1

Thi ế chế t t ạo máy r ử ết k ế ế ch ửa siêu âm


MỤC LỤC MỤC LỤC .......................................................... .......................................................................................... ............................................................. ...................................... .........11 A. Lý thuyết chung: ......................................................... ...................................................................................... .........................................................2 ............................2 I. Công ngh ệ làm s ạch:..........................................................................................................2 1. Công ngh ệ làm sạch truyề n thố ng: ng: ...............................................................................2 2. Làm sạch bằ ng ng công ngh ệ r ử ửa siêu âm: .......................................................................2 II. Cấu tạo và nguyên lý ho ạt động của máy r ửa siêu âm.....................................................9 1. Đầu dò siêu âm .............................................................................................................9 .......................................................................................... ........................................................... ..................................13 13 2. Bể r r ử ửa ............................................................. 3. Máy phát siêu âm ........................................................................................................14 III. Các y ếu tố ảnh hưở ng ng tớ i quá trình làm s ạch bằng công ngh ệ r ửa siêu âm..................15 .....................................................16 1. Quan hệ giữ a t ần số và và kích th ướ c của bong bóng .....................................................16 ..............................................................................................17 7 2. Tác d ụng của hóa ch ấ t t ..............................................................................................17 3. Tác d ụng của nhiệt độ: ...............................................................................................19 4. Tác d ụng của t ần số ....................................................................................................19 5. Tính quan tr ọng của sự phân phân h ủ y khí hơ i ...................................................................20 IV. Một số ứng dụng cụ thể dùng trong k ỹ thuật siêu âm. ................................................. .................................................20 20 B. Thực hiện các nội dung nghiên c ứu: ............................................................ ................................................................................21 ....................21 1 I. Đo các tham s ố tr ở kháng, điện dung c ủa các cảm biến phục vụ cho thi ết k ế. .......... ...............21 .....21 ở kháng, II. Chế tạo máy phát tín hi ệu phục vụ cho quá trình nghiên c ứu chế thử kích ho ạt công suất ....................................................................................... .........................................................24 ............................24 đầu do siêu âm. .......................................................... III. Thiết k ế bộ xử lý trung tâm ph ục vụ quá trình điều khiển cấ p tín hiệu máy phát và kích hoạt công suất. ............................................................ ......................................................................................... ........................................................29 ...........................29 IV. Thiết k ế chế tạo bộ khuếch đại công su ất. ......................................................... .................................................................... ...........41 41 V. Thiết k ế mạch bảo vệ quá dòng t ốc độ cao....................................................................47 VI. Thiết k ế chế tạo bộ cơ khí khí gá đỡ cho cho b ể r ửa siêu âm.................................................... âm....................................................53 53 VII. Xây dựng hệ đo và ki ểm tra k ết quả chế thử...............................................................54 VIII. R ửa thử một số dụng cụ y tế: .......................................................... .....................................................................................57 ...........................57 IX. Quy trình công ngh ệ “Thiết k ế chế tạo máy r ửa siêu âm” trong phòng thí nghi ệm.....57 X. Tính năng k ỹ thuật của máy:..................................................... máy:.................................................................................. ..................................... ........60 60 C. K ết luận và ki ến nghị: ......................................................... ........................................................................................ ...............................................61 ................61 ........................................................................................ ........................................................... .................................61 61 1. K ế ết luận .......................................................... 2. Kiế n nghị:....................................................................................................................61


1



A. Lý thuyết chung: I. Công nghệ làm sạch: 1. Công nghệ làm sạch truyề n thố ng: ng:

Làm sạch là vấn đề mà tất cả chúng ta thườ ng ng xuyên phải đối mặt hàng ngày. Nói một cách bao quát hơ n, n, đó là sự tẩy r ửa những chất liệu không cần thiết, r ắc r ối ra khỏi từ những vị trí của những thiết bị bộ phận cần làm sạch. Sự làm sạch có thể đượ c thực hiện bằng nhiều cách. Một trong những phươ ng ng pháp truyền thống thông thườ ng ng thủ công là ngâm thiết bị trong dung dịch. Phươ ng ng pháp này là sự k ết hợ p của tác động hóa học và tác động cơ h học. Phươ ng ng pháp truyền thống chủ yếu là dùng bàn chải, chổi để làm sạch vớ i những bộ phận có cấu trúc đơ n giản, đượ c dùng cho bề mặt phẳng, nhẵn mà không phải là những vùng ngóc ngách hay chỗ khó cọ chải tr ực tiế p. u:  Ư u: • Quy trình r ửa nhanh, đơ n giản, không đòi hỏi công nghệ cao. • R ẻ tiền c:  Nhượ c: • Không thể r ửa đượ c nh ững thiết b ị có cấu t ạo ph ức t ạ p, có khe hở hẹ p, ngóc ngách nhỏ bên trong thiết bị • Gây xướ c bề mặt do dùng bàn chải hoặc chổi. • Biến d ạng bề mặt, cấu trúc gây gẫy v ỡ các các chi tiết nhỏ, mỏng c ủa thiết bị. ửa siêu âm: 2. Làm sạch bằ ng ng công nghệ r ử

Ngày nay nền sản xuất công nghiệ p ngày càng hiện đại các dây chuyền sản xuất ra đờ i bảo đảm sản xuất hàng triệu sản phẩm cùng loại trong một năm. Thực tế này đòi hỏi chất lượ ng, ng, độ đồng đều kích thướ c, c, độ lặ p lại r ất cao để bảo đảm lắ p lẫn một cách dễ dàng, tốn ít thờ i gian công sức và hạ giá thành sản phẩm. Để đạt đượ c điều đó các dây chuyền công nghệ thườ ng ng trang bị nhiều thiết bị r ửa siêu âm trong các công đoạn khác nhau. Bảo đảm làm sạch “tuyệt đối” bề mặt của các sản phẩm tr ướ ướ c khi bướ c sang công đoạn gia công khác trên sản phẩm đó. Công nghệ r ửa siêu âm đặc biệt r ất cần trong công nghiệ p chế t ạo các bản mạch điện tử có mật độ linh kiện cao, trong các thiết bị chế tạo các chi tiết cơ khí bằng kim loại, có hình dáng ngóc ngách, nhiều lỗ nhưng, Phòng thi ế chuyên d ụng ết b ị đ ị đ i iệ n t ử ử chuyên Chủ nhi ệm: Mai Xuân S ỹ

2


Trung tâm công nghệ vi đ iệ n t ử và tin học Báo cáo t ổ ng k ết đề tài nghiên cứ u khoa học cấ p Bộ

phải có độ sạch, độ cứng, độ chính xác cao. Công nghệ r ửa siêu âm giúp chúng ta xử lý các bụi bẩn trên bề mặt chi tiết trên tr ướ c khi đưa vào công đoạn phủ mặt, làm bóng bề mặt. Dướ i đây chúng tôi xin mô tả công nghệ làm sạch bề mặt bằng k ỹ thuật và công nghệ làm sạch siêu âm. a. Nguyên lý làm sạch bằng công nghệ r ửa siêu âm. Vậy siêu âm là gì? Và nó đượ c ứng dụng như thế nào để chế tạo máy r ửa siêu âm? Công nghệ r ửa các vật thể bằng hóa chất tẩy r ửa và tác động cơ học ngày nay đã không còn đáp ứng đượ c yêu cầu về làm sạch bề mặt và nâng cao chất lượ ng của sản phẩm trong sản xuất công nghiệ p, trong tẩy r ửa các dụng cụ y tế, dụng cụ quang học, dụng cụ màng lọc tinh vi trong công nghệ sinh học và công nghệ chế tạo hóa chất. Vớ i sự k ết hợ p của một số hóa chất tẩy r ửa và công nghệ r ửa siêu âm cho phép chúng ta làm sạch bề mặt của vật cần tẩy r ửa ở mọi vât thể có cấu tạo ngóc ngách, hoặc các vết bẩn có kích thướ c nhỏ cỡ vài µm mà không hề xây xướ c hoặc làm biến dạng bề mặt hay hình dạng của vật. Sóng siêu âm là sóng có tần số lớ n hơ n 18kHz, ở tần số này ngườ i không thể nghe thấy đượ c. Trong máy r ửa siêu âm tần số sóng thườ ng nằm trong dải từ 20kHz ÷ 200kHz. Sóng siêu âm dùng trong các máy r ửa siêu âm áp dụng cho các dây chuyền sản suất và làm sạch các dụng c ụ y tế có tần số l ớ n t ừ 10kHz ÷ 50kHz. Các máy r ửa siêu âm dùng tần số cao hơ n 50kHz đượ c ứng dụng để r ửa các dụng c ụ quang học, màng lọc sinh học, công nghiệ p, máy làm sạch r ăng ở các bệnh viện. Sóng siêu âm ở các máy r ửa siêu âm là sóng cơ và nó mang đầy đủ các tính chất vật lý như phươ ng thức truyền, tính phản xạ, giao thoa sóng, v.v… trong các môi tr ườ ng truyền khác nhau. Khi một sóng cơ học đượ c tạo ra trong không khí hay trong chất lỏng, dướ i tác dụng của áp suất một lượ ng vật chất đượ c dồn nén tạo thành các con sóng, sóng này đượ c dịch chuyển về phía có áp suất thấ p hơ n và đượ c lan truyền theo các hướ ng khác nhau nhưng m ạnh hơ n c ả vẫn là hướ ng thẳng tr ực tiế p của lực đẩy. Chùm sóng này chứa vô số chùm sóng có tần số cao hơ n tạo nên vì vậy xuất hi ện trong búp sóng vô vàn các búp sóng nhỏ thườ ng đượ c g ọi Phòng thi ết b ị đ iệ n t ử chuyên d ụng Chủ nhi ệm: Mai Xuân S ỹ

3

Thi ết k ế chế t ạo máy r ửa siêu âm


là bong bóng. Kích thướ c những bong bóng này phát triển khá đa dạng, thông thườ ng phụ thuộc vào tần số của sóng siêu âm. Sóng siêu âm càng cao kích thướ c sóng bong bóng càng nhỏ. Những bong bóng này di chuyển k ế tiế p nhau trong môi tr ườ ng chất lỏng cho đến khi đậ p vào bề mặt v ật cản trên đườ ng truyền sóng. Dướ i tác dụng lực nén của sóng các bong bóng vỡ tung tạo ra các vụ nổ, bắn các hạt chất lỏng tr ực tiế p vào bề mặt v ật. Những v ụ bắn phá này chia cắt các màn chất bẩn, b ụi cặn phủ trên bề mặt và kéo chúng ra khỏi vật khi có áp suất âm xuất hiện trong lòng chất lỏng gần sát bề mặt vật. Để công nghệ r ửa siêu âm có hiệu suất cao chúng ta phải áp dụng các dung môi tẩy r ửa phù hợ p cho từng loại ch ất b ẩn b ảo đảm ch ất b ị chia tách dễ hòa tan trong dung môi và tách dễ dàng ra khỏi b ề mặt vật cần r ửa. Trong quá trình r ửa siêu âm lớ p dung môi tẩy r ửa gần vớ i bề mặt vật dần d ần bị bão hòa do mật độ ch ất b ẩn tách ra khỏi vật t ăng. Như vậy theo thờ i gian các dung môi tẩy r ửa lớ p gần vớ i bề mặt vật mất khả năng kích hoạt. Để tăng hiệu suất tẩy r ửa ta có thể chao lắc vật hoặc thay đổi cườ ng độ sóng siêu âm theo một t ần số thấ p hơ n nhiều so vớ i tần số làm việc thực tế của sóng siêu âm. Đối vớ i bề mặt vật cần r ửa có nhiều hốc, lỗ sâu trong vật hoặc có hình dáng ngoằn ngèo chúng ta cần đặt vật trong bể r ửa ở tư thế sao cho chất bẩn tách ra dễ dàng di chuyển ra khỏi lỗ, hốc của nó. Trong một s ố tr ườ ng hợ p cần tạo một dòng chất lỏng tuần hoàn trong dung dịch tẩy r ửa. Như vậy để r ửa siêu âm hiệu quả cao cần có một quy trình r ửa cụ thể cho từng đối tượ ng vật cần r ửa cũng như dạng bụi bẩn bám trên vật đó. b. Quá trình làm sạch bằng công nghệ r ửa siêu âm. Khi cấ p điện cho cảm biến siêu âm, cảm biến này tạo ra những dao động sóng cơ trên bề mặt của nó vớ i tần suất lớ n hơ n 20.000 dao động/giây. Sóng cơ này đượ c truyền tr ực tiế p vào thép không r ỉ của bể r ửa siêu âm và tạo ra những xung kích có tần số cao trong lòng chất lỏng của bể r ửa siêu âm. Dướ i tác động của những xung kích cơ học tần số cao vô số bong bóng kích thướ c nhỏ đượ c tạo ra trong thờ i gian ngắn và đượ c truyền theo mọi hướ ng trong lòng chất lỏng và s ự d ịch chuyển này tuân thủ hoàn toàn các định luật c ủa sóng cơ trong chất lỏng. Những chùm bong bóng dịch chuyển lên phía tr ướ c và đậ p vào bề mặt của vật cần r ửa tạo ra một sự bắn phá cơ học lên bụi bẩn bám trên bề mặt. Dướ i Phòng thi ết b ị đ iệ n t ử chuyên d ụng Chủ nhi ệm: Mai Xuân S ỹ

4



tác động lực bắn phá này thì những bụi bẩn bị tách ra khỏi bề mặt và dễ dàng tan vào dung môi tẩy r ửa nhờ tác dụng của hóa chất. Như vậy bọt càng nhỏ khả năng chui sâu càng lớ n do đó có tác dụng t ẩy r ửa bề mặt của các vật có các lỗ hoặc có cấu t ạo ngoằn nghèo phức tạ p, mà công nghệ r ửa thông thườ ng không thể nào đạt đượ c. Hình dướ i đây mô tả quá trình tẩy r ửa b ề mặt của một v ật. Để cho dung dịch tẩy r ửa hòa tan đượ c các hạt bụi bẩn điều cần thiết là dung dịch cần phải đượ c tiế p xúc tr ực tiế p vớ i hạt bụi. Trong tr ườ ng hợ p này quá trình tẩy r ửa đóng vai trò tạo sự tiế p xúc giữa hóa chất hoặc bụi bẩn.

Khi hóa chất hòa tan bụi bẩn thì một l ớ p hóa chất g ần sát bề m ặt của v ật dần dần bị bão hòa do vậy tác dụng hòa tan của nó ngày một dày như vậy quá trình tảy r ửa bị chậm lại hoặc mất hẳn. Để quá trình làm sạch nhanh hơ n cần bổ xung thườ ng xuyên hóa chất tẩy r ửa mớ i (xem hình vẽ).

Vớ i việc tạo bọt sóng và bắn phá bề mặt b ằng bọt sóng, sóng siêu âm đã làm tăng hiệu suất tẩy r ửa bằng cách hạn chế sự hình thành lớ p hóa chất bão hòa tạo điều kiện cho lớ p hóa chất tích cực tr ực tiế p tiế p xúc vớ i bề mặt vật cần r ửa. Phòng thi ết b ị đ iệ n t ử chuyên d ụng Chủ nhi ệm: Mai Xuân S ỹ

5



Một vài bụi bẩn không hòa tan mà chỉ bám một cách lỏng lẻo trên bề mặt của vật nhờ lực liên k ết ion hoặc lực Cohesive. Những bụi bẩn này dễ dàng loại bỏ bằng cách cưỡ ng bức một lực lớ n hơ n lực bám dính của nó vớ i bề mặt là bụi bẩn đã đượ c tách ra khỏi bề mặt một cách dễ dàng. Xem hình dướ i:

Để quá trình tẩy r ửa siêu âm đạt hiệu quả cao đòi hỏi dung dịch tẩy r ửa phải dính ướ t đượ c các hạt bụi bẩn cần làm sạch

Phòng thi ết b ị đ iệ n t ử chuyên d ụng Chủ nhi ệm: Mai Xuân S ỹ

6



Trong thực tế có r ất nhiều dạng bụi bẩn khác nhau có thể tan hoặc không tan trong dung dịch tẩy r ửa. Để công nghệ r ửa siêu âm có hiệu quả cần phải chọn ch ất tẩy r ửa phù hợ p c ũng như cung cấ p n ăng l ượ ng siêu âm cần thiết và yếu tố nhiệt độ cũng không kém phần quan tr ọng thúc đẩy quá trình làm sạch bề mặt. Khác vớ i các kiểu tẩy r ửa khác sóng siêu âm thông qua các bong bóng có thể ti ế p c ận v ớ i các điểm khác nhau về độ sâu, độ ngoắt nghéo, và r ửa s ạch b ề mặt của vật có hình dạng bất k ỳ r ất có hiệu quả.  Ư u đ i ểm Có một s ố những ưu điểm lợ i ích thực s ự t ừ ứng dụng của k ỹ thu ật sóng siêu âm đến việc làm sạch chính xác. • Nâng cao tốc độ làm sạch. K ỹ thuật làm sạch bằng sóng siêu âm nhanh hơ n bất k ỳ một phươ ng thức làm sạch thông thườ ng nào khác. Toàn bộ quá trình có thể đượ c làm sạch mà không cần tách r ời , tiết kiệm nhân lực làm cho k ỹ thuật siêu âm đượ c lựa chọn mang lại lợ i nhuận nhất. • Tính làm sạch ổn định chắc chắn là không gì sánh nổi. Tác dụng làm sạch đồng đều của sóng siêu âm đối v ớ i t ất c ả các vật có kích lớ n hay nhỏ, đơ n giản hay phức tạ p, đơ n l ẻ hay r ửa nhiều b ộ phận trong một lượ t. Công nghệ r ửa siêu âm giúp ta làm sạch k ỹ l ưỡ ng hoàn hảo các chất b ẩn trên toàn bộ bề mặt vật và không phụ thuộc vào ngườ i vận hành. • An toàn và đúng quy định về môi tr ườ ng từ việc giảm bớ t nồng độ hóa học nguy hiểm hay có thể thay thế đượ c của sự ăn mòn chất làm sạch trung gian. • Làm giảm bớ t sự tiế p xúc tr ực tiế p của ngườ i vận hành vớ i chất làm sạch nguy hiểm. • Tiết kiệm năng lượ ng, nhân lực và giá thành thấ p. •

Máy r ửa siêu âm mang lại giá tr ị năng suất thực sự cho ứng d ụng làm sạch chính xác.


7



,c. Phạm vi ứ ng d ụng: Bở i những đặc điểm và khả năng ưu vi ệt nên k ỹ thuật r ửa siêu âm đượ c ứng dụng r ộng rãi vớ i phạm vi r ộng trong nhiều l ĩ nh vực.  Trong Phòng thí nghiệm khoa học • Đồ thủy tinh • Ống kiểm tra, ống soi, ống thí nghiệm • Ống hút Pipettes • Thấu kính • Dụng cụ nghiên cứu khoa học • Hợ p chất  Sản xuất công nghiệp • Thiết bị chuyển mạch • R ơ le và động cơ • Phụ tùng đồ gá lắ p, bánh r ăng… • Thiết bị chính xác • Bộ phận kim loại và nhựa plastic • Các chi tiết làm bằng kim loại và nhựa PVC. • Quy trình ghép nối lắ p ráp  Sản xuất công nghệ điện tử • Bảng mạch máy tính PC • Bảng mạch linh kiện điện tử công nghệ hàn bề mặt. • Công nghệ chế tạo đế sử dụng gốm sứ. • Tụ điện. • Phụ kiện đóng gói • Linh kiện thạch anh. • Tấm thủy tinh có độ phân giải cao.  L ĩ nh vự c y học • Dụng cụ phẫu thuật • Thiết bị dùng để tiêm • Thiết bị tạo ôxu cho máu. • Thiết bị chữa r ăng.  Công nghệ hoàn kim • Đồng hồ và các phụ kiện đồng hồ. • Kim loại và đá quý. Phòng thi ết b ị đ iệ n t ử chuyên d ụng Chủ nhi ệm: Mai Xuân S ỹ

8



• • • • •

R ửa sạch các bộ phận phức tạ p Công nghệ chuỗi hạt Đồ trang sức. Tiền đồng xu Làm sạch tượ ng, sạch các chai, lọ, bình cổ.

II. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy rử a siêu âm. Sơ đồ khối:

S ơ đồ khố i của máy r ửa siêu âm

Để dẫn năng lượ ng siêu âm vào hệ có bể r ửa siêu âm chúng ta cần có một cảm biến siêu âm, bể r ử a và máy phát siêu âm công su ất. Máy phát siêu âm công suất truyền một năng lượ ng điện ở một tần số nhất định nào đó cho cảm biến siêu âm, cảm bi ến này biến đổi n ăng l ượ ng điện sang năng l ượ ng c ơ d ướ i dạng sóng. 1. Đầu dò siêu âm

Hiện nay có hai loại hiệu ứng vật lý có thể tạo ra nguồn sóng siêu âm công suất lớ n là: Hiệu ứng từ r ảo(Magnetostrictive) và hiệu ứng áp điện (Piezoelectric).


9



Nguyên lý hoạt động của cảm bi ến t ừ gi ảo:

Hiệu ứng từ giảo (Magnetostrictive) là hiện tượ ng dao động cơ học của vật liệu sắt t ừ như (permaloy) khi cườ ng độ t ừ tr ườ ng đi qua nó thay đổi. Thực tế cho thấy khi dẫn từ tr ườ ng xoay chiều vào tấm vật liệu sắt từ, tấm vật liệu này bị co giãn về kích thướ c tạo nên các sóng đứng trên bề mặt vật liệu từ theo tần số biến đổi của từ tr ườ ng đi qua nó. Mức độ dao động này có thể lên tớ i 1.0 ÷ 10µm ở dải tần số 50kHz.

Như vậy quá trình tạo sóng âm ở hiệu ứng từ giảo là quá trình biến đổi năng lượ ng điện sang từ tr ườ ng và từ tr ườ ng sang năng lượ ng cơ học. Quá trình biến đổi trên tạo ra sự mất mát về mặt năng lượ ng do vậy các cảm biến siêu âm từ giảo thườ ng có hiệu suất thấ p. Tuy nhiên các vật liệu sắt từ có các đặc tính cơ học cao vì vậy có thể tạo ra các nguồn sóng siêu âm công suất lớ n và khả năng chịu đựng cao các tác động và môi tr ườ ng khắc nghiệt. Nguyên lý hi ệu ứ ng áp đ i ện (Piezoelectric) Một số vật liệu nhựa như tinh thể thạch anh, barium titanate có dao động sóng cơ khi áp nên nó những dòng điện tích xoay chiều. Tuy nhiên những vật liệu này thườ ng dao động không ổn định và khả n ăng chịu tải cơ học thấ p. Từ những năm 1940 các nhà khoa học M ỹ đã chế t ạo ra cảm biến Piezoelectric có công suất l ớ n, độ bền cao vớ i cơ học và môi tr ườ ng đặc biệt r ất ổn định về mặt tần số. Phòng thi ết b ị đ iệ n t ử chuyên d ụng Chủ nhi ệm: Mai Xuân S ỹ

10



Tuy nhiên hiệu ứng biến dạng trong Piezoelectric thườ ng bé hơ n nhiều so biên độ dao động của từ giảo. Thông thườ ng biên độ dao động của Piezoelectric thườ ng nằm trong khoảng 0.1µm ÷ 7µm. Tuy vậy tần số làm việc của Piezoelectric có thể lên đến 5MHz. Xét về phươ ng diện công suất thì cảm biến siêu âm từ r ảo có công suất cao hơ n nhiều so vớ i cảm biến siêu âm Piezoelectric. Xét về phươ ng diện biến đổi năng lượ ng thì cảm biến Piezoelectric có khả năng biến đổi thuật nghịch – Điện năng – Cơ năng – Điện năng. Kích thướ c v ật lý của c ảm biến siêu âm gọn nh ỏ th ườ ng đượ c dùng để chế tạo máy r ửa siêu âm.  Cấu tạo của cảm biến siêu âm Piezoelectric: Dướ i tác dụng của điện tích đặt trên hai điện c ực của cảm biến, lớ p g ốm cùng điện cực kim loại chịu một lực xoắn r ất l ớ n. Do cảm biến có cấu tạo dạng xuyến nên lực có dãn ra biên là không lớ n, lực chủ yếu xuất hiện trên bề mặt hình xuyến tạo ra những dao động sóng đứng. Nếu ta gắn ch ặt cảm bi ến vào một tấm thép – tấm thép sẽ dạo động, tạo ra sóng cơ có công suất lớ n truyền theo phươ ng vuông góc vớ i tr ục xuyến. Để sóng cơ truyền ra bể r ửa hiệu suất cao cần gắn chặt bề mặt cảm biến vớ i đáy bể thông qua lớ p cách điện nhưng có điện tr ở sóng gần v ớ i tr ở sóng của thành bể. Các nhà chế t ạo đã tạo ra các bể r ửa siêu âm dùng vật li ệu thép không r ỉ 314 – K ết cấu bể, độ dày của nó đã đượ c tính toán sao có hiệu suất siêu âm là cao nhất.


11



M ột số khái ni ệm và đị nh nghĩ a các tham số của đầu dò siêu âm

Xác định thông số cơ bản của đầu dò hoặc cảm biến. Để thiết k ế chế tạo máy r ửa siêu âm, điều quan tr ọng là phải hiểu rõ những thông số cơ bản của cảm biến siêu âm. Dướ i đây là một số khái niệm chính về cảm biến siêu âm bằng gốm áp điện (PZT). Như chúng ta đã biết, khi cảm biến PZT đượ c đặt một điện áp – kính thướ c của cảm biến bị bi ến dạng. Ngượ c lại, nếu ta tạo ra sự bi ến dạng về kích thướ c của cảm biến thì giữa 2 điện cực của cảm biến xuất hiện một điện áp. Quan hệ gi ữa lực và hiệu qu ả t ươ ng ứng x ảy ra trên cảm bi ến ph ụ thuộc vào các yếu tố sau: Đặc tr ưng k ỹ thuật của PZT, kích thướ c và hình dạng của nó, hướ ng tác động cơ khí, điện từ lên cảm biến. Để phân biệt hướ ng sự biến dạng trong cảm biến, ngườ i ta dùng hệ tọa độ 3 chiều. Hệ tạo độ 3 cực này nó là hướ ng phân cực bên trong cảm biến PZT. Hướ ng của nó đượ c thiết lậ p bở i một điện áp cao một chiều đưa vào giữa cặ p cực đối diện của cảm biến (Định hướ ng phân cực này xảy ra trong quá trình chế tạo cảm biến). Các cực định hướ ng này sau đó đượ c thay thế bở i những cực mớ i gắn trên cặ p thứ hai đối diện của cảm biến PZT. Ký hiệu của các đại lượ ng đặc tr ưng của PZT: T = lực tác dụng không đổi = không có lực ngoài đặt vào. E = điện tr ườ ng không đổi = đoản mạch. D = cườ ng độ điện tr ườ ng không đổi = hở mạch. S = sức căng không đổi = bắt chặt bằng cơ khí. Hệ số “d”: D đượ c hiểu như là một lực cơ học đã đượ c tạo ra bở i đặt một điện tr ườ ng vào hai đầu cực PZT, đây gọi là hệ số biến đổi điện cơ và có đơ n vị tính là m/V (m:meter, V: điện áp). 

Thườ ng thì dij lớ n liên quan đến những cảm biến kích hoạt có độ biến dạng lớ n, đấy chính là những cảm biến chuyển động (động cơ siêu âm, bộ lái gươ ng siêu âm, kim hàn siêu âm). Ngượ c l ại, d33 đượ c sử d ụng khi lượ ng điện tích thu đượ c trên điện cực khi có một lực cơ học tác động trên nó ở cả 3 Phòng thi ết b ị đ iệ n t ử chuyên d ụng Chủ nhi ệm: Mai Xuân S ỹ

12



hướ ng. d31 đượ c biểu diễn điện tích thu đượ c trên điện cực khi tác động một lực vuông góc vớ i các tr ục phân cực.

Hình ảnh giớ i thiệu bộ cảm biến siêu âm: Ultrasonic Cleaning Transducers (Catalog No. 90-) Năng suất cao Tầm hoạt động lớ n Nhiệt độ thấ p Không bị ảnh hưở ng khi tải thay đổi Giá cả cạnh tranh Ứ ng d ụng tiêu bi ểu Bộ cảm biến trong máy r ửa siêu âm 2. Bể r ửa :

Thiết bị r ửa siêu âm có nhiều dạng khác nhau: máy r ửa siêu âm độc lậ p, máy r ửa siêu âm tách biệt hai khối, máy r ửa siêu âm nhiều khối đa chức năng.


13



siêu âm và đầu dò g ắn d ướ i đ áy bể C ấ u t ạo của bể r ửa 3. Máy phát siêu âm

Hiện nay r ất nhiều hãng trên thế giớ i chế t ạo nhiều máy phát siêu âm vớ i nhiều chủng loại khác nhau. Máy phát siêu âm thực chất là một máy điện công suất lớ n nhằm tạo ra nguồn điện công suất lớ n tần số sóng siêu âm dải từ 20 kHz cho đến 120kHz có công suất t ừ vài chục Watts đến hàng kWatts tùy theo mục đích sử dụng. Máy phát siêu âm bao gồm máy phát tín hiệu và bộ khuếch đại công suất d ải r ộng nhằm kích hoạt đầu dò siêu âm. Dướ i đây là một số loại máy phát siêu âm do:

- Máy phát siêu âm cung cấ p dạng sóng tín hiệu hình vuông: Nếu ta đặt một sóng hình vuông nên cảm bi ến siêu âm thì cảm biên sẽ dao động ở r ất nhiều tần số khác nhau xung quanh tần số cơ bản của sóng hình vuông. - Dạng xung:

Ở chế độ dạng xung cảm biến siêu âm đượ c kích hoạt ở chế độ đóng ngắt theo một thờ i gian nhất định có tần số thấ p hơ n nhiều so vớ i tần số cộng hưở ng riêng của nó. Phòng thi ết b ị đ iệ n t ử chuyên d ụng Chủ nhi ệm: Mai Xuân S ỹ

14



- Quét tần số: Trong một số tr ườ ng hợ p máy phát siêu âm có thể điều biến tần số xung quanh tần số cộng hưở ng của nó.

- Tần số và biên độ của máy phát siêu âm: Tần s ố và biên độ là đặc trung có bản c ủa sóng âm. Hình vẽ dướ i đây biểu diễn các búp sóng truyền trong môi tr ườ ng ở các chế độ khác nhau:

III. Các yếu t ố ảnh h ưở ng t ớ i quá trình làm sạch b ằng công nghệ r ử a siêu âm

Sự phân phối năng lượ ng siêu âm: Quá trình phân phối n ăng l ượ ng x ảy ra trong k ỹ thu ật r ửa siêu âm yêu cầu phải có hai yếu tố: - Nguồn sóng tạo ra phải đượ c truyền trong môi tr ườ ng chất lỏng và mặt cần r ửa phải đượ c tiế p xúc tr ực tiế p vớ i chất lỏng. Phòng thi ết b ị đ iệ n t ử chuyên d ụng Chủ nhi ệm: Mai Xuân S ỹ

15



- Những bọt bong bóng đượ c tạo ra phải có năng lượ ng đủ lớ n bảo đảm khi nó giải phóng đủ gây nên các tác động đến chất bẩn của toàn bộ bề mặt vật cần tẩy r ửa. Hiện tượ ng tạo thành bọt bong bóng và kích nổ các bọt đó có thể chỉ xảy ra bên trong chất lỏng nhưng không nhất thiết xảy ra trong toàn bộ các loại chất lỏng. Một số tính chất v ật lý của chất l ỏng như là độ nhớ t, sức c ăng bề m ặt, áp suất hơ i của chất lỏng có ảnh hưở ng đến sự hình thành quá trình tạo bọt bong bóng. Phần lớ n các dung dịch hóa chất đều có tính chất vật lý phù hợ p vớ i k ỹ thuật và công nghệ r ửa siêu âm. 1. Quan hệ gi ữa t ần số và kích thướ c của bong bóng

Tần số cao tạo ra kích thướ c bong bóng nhỏ hơ n tần số thấ p. Những bong bóng có kích thướ c nhỏ có thể tạo ra trong một giãn cách nhỏ hơ n một bong bóng có kích thướ c lớ n.

Tài liệu trích dẫn: Branson ultrasonic cleaner application note

Cườ ng độ sóng kích trong nướ c đượ c tạo ra các sự kích nổ bong bóng có quan hệ tr ực tiế p đến kích thướ c của bọt bong bóng. Đối vớ i những bọt bong bóng kích thướ c lớ n thườ ng do sóng kích có cườ ng độ lớ n tạo nên. Kích thướ c của bong bóng tỉ lệ nghịch vớ i tần số siêu âm – do đó những kích thướ c bong bóng l ớ n thườ ng đượ c t ạo ra bở i t ần s ố thấ p. Nh ững sóng đượ c tạo ra ở t ần số thấ p thì thờ i gian giữa hai búp sóng dài cho phép quá trình hình thành và phát triển các bọt bong bóng có thờ i gian lớ n hơ n. Số lượ ng các bong bóng tăng theo sự tăng của tần sô. Nếu công suất siêu âm đầu vào không đổi thì những bọt


16



bong bóng đượ c tạo ra ở tần số thấ p có khả năng kích nổ mạnh hơ n những bong bóng tạo ra ở tần số cao. Hình minh họa dướ i đây mô tả kích thướ c, mật độ của sóng siêu âm tạo bở i hai tần số khác nhau ở cùng một chế độ công suất siêu âm như nhau.

2. Tác d ụng của hóa chấ t

Để quá trình r ửa đạt hiệu quả cao nhất ngoài các yếu tố như thờ i gian, nhiệt độ, hóa chất t ẩy r ửa còn một y ếu t ố đặt bi ệt quan tr ọng khác nữa là mật độ b ọt khí siêu âm trong dung dịch tẩy r ửa. Lựa chọn hợ p chất hóa học thích hợ p đặc biệt quan tr ọng để mang lại thành công toàn diện cho quy trình làm sạch bằng k ỹ thuật sóng siêu âm. Sự lựa chọn thành phần hóa học này phải đượ c tươ ng thích vớ i thành phần base kim loại đượ c r ửa và có khả năng tẩy r ửa chất bẩn. Nó cũng phải có phải có khả năng tạo sự sủi bong bóng tốt. Hầu hết những chất tẩy r ửa hóa học có thể đượ c sử dụng thuận lợ i vớ i k ỹ thuật sóng siêu âm. Chúng có những công thức đặc biệt để sử dụng cho k ỹ thuật r ửa siêu âm. Sử dụng những công thức cho việc tẩy r ửa thích hợ p có th ể yêu cầu tớ i một vài các thiết bị mà c ần đượ c nghiên cứu xem xét rõ ràng bao gồm cả tăng công suất mang lại hiệu quả.

Tài liệu trích dẫn : Branson ultrasonic cleaner application note


17



Nhiệt độ đượ c đề c ậ p đến đầu tiên khi muốn có đượ c s ự sủi bong bóng lớ n nhất. Hiệu lực của chất tẩy r ửa hóa học cũng có quan hệ vớ i nhiệt độ. Sự sủi bong bóng hiệu quả lớ n nhất ở điều kiện nướ c tinh khiết vớ i nhiệt độ khoảng 1600F. Nguyên tắc chính của nó là mỗi chất hóa học hoạt động có hiệu quả vớ i mỗi quy trình tẩy r ửa đượ c đưa ra. Như v ậy mặc dù hiệu ứng sóng siêu âm lớ n nhất có thể đạt đượ c ở 1600F nhưng hầu hết chất ăn da lại đượ c sử dụng ở nhiệt độ 1800F đến 1900F bở i tại đây tác dụng hóa học của chất tẩy r ửa đạt hiệu suất cao. Những loại chất tẩy r ửa khác có thể bị phá vỡ hay mất đi hiệu ứng của chúng khi đượ c sử dụng ở nhiệt độ quá giớ i hạn như là thấ p hơ n 1400F. Nhiệt độ thích hợ p nhất để sử dụng vớ i chất hóa học là không vượ t quá 1900F. Khử khí độc của dung dịch làm sạch cũng là một vấn đề hết sức quan tr ọng để đem l ại k ết qu ả làm sạch mong muốn. Những dung dịch đó mà lạnh thì cần đượ c giảm khí độc tr ướ c khi tiến hành quy trình làm sạch. Loại bỏ khí độc đượ c th ực hiện sau khi chất hóa học đượ c đưa vào và hoàn thành quá trình vận hành năng lượ ng sóng siêu âm. Thờ i gian yêu cầu cho việc loại bỏ khí độc là đượ c xem xét ở nhiều mặt khác khác nhau dựa trên dung tích của bể r ửa và nhiệt độ dung dịch, có thể là nhiều phút đối vớ i một bể nhỏ đến một giờ đối vớ i một bể r ửa lớ n hơ n. Vớ i bể mà không bị nung nóng thì có thể yêu cầu hàng giờ cho việc loại bỏ khí độc. Việc khử hết khí độc hoàn thành khi những bong bóng nhỏ của khí không nhìn thấy reo nên trên bề mặt bề mặt của chất lỏng.

Tài liệu trích dẫn : Branson ultrasonic cleaner application note Công suất siêu âm phân phối cho bể r ửa siêu âm phải tươ ng thích vớ i toàn bộ sự sủi bong bóng trong chất lỏng vớ i tải làm việc. Đơ n vị đo thườ ng đượ c sử dụng để đo công suất siêu âm trong bể r ửa là Watts. Khi thể tích của bể tăng lên thì công suất / đơ n vị thể tích giảm đi. Những thiết bị cần làm sạch có kích thướ c r ất lớ n hay có hệ số tỉ lệ của bề mặt lớ n có thể tăng thêm mức công suất. Phòng thi ết b ị đ iệ n t ử chuyên d ụng Chủ nhi ệm: Mai Xuân S ỹ

18



Thừa công suất có thể là nguyên nhân dẫn tớ i sự ăn mòn bong bóng hay sự “cháy” trên phần kim loại. Đối v ớ i nh ững quá trình làm sạch đạt độ chu ẩn xác cao các thiết bị r ửa siêu âm có một bộ điều chỉnh công suất và công suất sẽ đượ c điều chỉnh tùy theo mức độ yêu cầu của quá trình làm sạch. 3. Tác d ụng của nhi ệt độ:

Nhiệt độ đượ c coi là tham số quan tr ọng nhất trong việc tạo ra cườ ng độ cực đại của bong bóng. Sự thay đổi nhiệt độ dẫn đến sự thay đổi độ nhớ t, khả năng hòa tan của khí trong chất lỏng, mức độ khuếch tán của khí trong chất lỏng và áp suất hơ i. Ở nướ c tinh khiết thì mức độ tạo bong bóng đạt đến cực đại ở nhiệt độ gần 160kHz.

Độ nh ớ t của ch ất l ỏng làm giảm r ất nhiều cái cườ ng độ tạo bong bóng. Đa số các loại chất l ỏng có độ nhớ t giảm khi nhiệt độ t ăng. Để việc tạo bong bóng có hiệu quả cao chất lỏng cần phải chứa lượ ng khí hòa tan nhỏ nào đó. Khí hòa tan ở trong chất lỏng sẽ đượ c giải phóng trong quá trình tạo bong bóng và nó ngăn cản sự vỡ bong bóng dạng cưỡ ng bức. Trên thực tế khi nhiệt độ tăng, lượ ng khí hòa tan trong chất lỏng giảm. Sự khuếch tán của khí hòa tan tăng khi nhiệt độ tăng. Khi nhiệt độ trong chất lỏng tăng quá cao dẫn đến chất l ỏng gần tớ i cái quá trình bay hơ i như vậy quá trình tạo bong bóng bằng hơ i r ất dễ xảy ra. Những bong bóng chứa đầy hơ i t ăng thì cườ ng độ của bong bóng này giảm và một vài nơ i trong bể bắt đầu bốc hơ i. 4. Tác d ụng của t ần số

Cườ ng độ xu ất hi ện bong bóng tỉ l ệ thu ận v ớ i công suất siêu âm. Khi công suất siêu âm tăng trên ngưỡ ng t ạo bong bóng một giá tr ị đáng k ể thì cườ ng độ tạo bong bóng triệt tiêu. Cườ ng độ tạo bong bóng tỉ lệ nghịch vớ i tần số siêu âm. Khi tần số siêu âm tăng thì cườ ng độ tạo bong bóng giảm do các bong bóng tạo ra có kích thướ c nhỏ hơ n đồng ngh ĩ a vớ i việc năng lượ ng kích nổ bé hơ n. Tuy nhiên ở tần số cao việc tăng công suất vượ t quá một mức nào đấy thì cườ ng độ tao bong bóng lại đượ c tăng lên. Hạn chế đến mức tối đa lượ ng khí hòa tan trong chất lỏng.


19



5. Tính quan tr ọng của sự phân hủ y khí hơ i

Khi một áp suất âm phát triển trong bong bóng, hơ i bị phân hủy trong dung dịch sủi bong bóng và bắt đầu khuếch tán dọc theo đườ ng biên giớ i bên trong bong bóng. Khi áp suất hơ i giảm đi, sự sủi bong bóng bắt đầu quá trình xẹ p xuống do sức căng bề mặt của nó. Trong suốt quá trình ép nén bất k ỳ hơ i khí nào trong bong bóng đều b ị nén và cuối cùng lan r ộng khắ p b ề mặt trong lòng chất lỏng. Hiệu quả làm sạch lớ n nhất IV. Một số ứ ng dụng cụ thể dùng trong k ỹ thuật siêu âm.

(Chi tiết xem mục

phạm vi ứng dụng trang 7 của báo cáo)  Trong Phòng thí nghiệm khoa học  Sản xuất công nghiệ p  Sản xuất công nghệ điện tử  L ĩ nh vực y học  Công nghệ hoàn kim


20



B. Thự c hiện các nội dung nghiên cứ u: Đề tài đã thực hiện các nội dung nghiên cứu sau và đượ c mô tả trong các chuyên đề từ 1 ÷ 14: • Chuyên đề 1: Báo cáo tổng quan về lý thuyết r ửa siêu âm. • Chuyên đề 2: Tính toán thiết k ế tổng thể. • Chuyên đề 3: Tài liệu dịch lý thuyết cơ bản về công nghệ r ửa siêu âm. • Chuyên đề 4: Tài liệu dịch về k ỹ thuật đo điện dung, tr ở kháng • Chuyên đề 5: Xây dựng hệ đo điện dung, tr ở kháng. • Chuyên đề 6: Thiết k ế chế thử, máy phát hình sin • Chuyên đề 7: Thiết k ế, chế thử bộ nguồn công suất. • Chuyên đề 8: Thiết k ế, chế tạo bộ vi xử lý trung tâm. • Chuyên đề 9: Thiết k ế, chế tạo bộ khuếch đại công suất. • Chuyên đề 10: Thiết k ế, chế tạo mạch bảo vệ quá dòng tốc độ cao.. • Chuyên đề 11: Thiết k ế, chế tạo bộ cơ khí, gá đỡ cho bể r ửa siêu âm. • Chuyên đề 12: Xây dựng hệ đo, đánh giá k ết quả chế thử • Chuyên đề 13: Quy trình công nghệ thiết k ế, chế tạo máy r ửa siêu âm trong phòng thí nghiệm. • Chuyên đề 14: Thử nghiệm làm sạch dụng cụ y tế bằng máy r ửa siêu âm. (Biên bản nhận xét, đánh giá k ết quả thử nghiệm làm sạch dụng cụ y tế tại bệnh viện Y học hàng không). Dướ i đây là một số nội dung chính đã thực hiện đượ c và đã đạt đượ c một số k ết quả cụ thể như sau: I. Đo các tham số trở kháng, điện dung của các cảm biến phục vụ cho thiết k ế.

Để ph ục vụ cho đề tài nghiên cứu “thiết k ế, ch ế tạo máy r ửa siêu âm tại Việt Nam” chúng ta cần ph ải đo điện dung và tr ở kháng của các cảm biến siêu âm.


21



Đo điện dung của cảm biến cũng như xác định tr ở kháng của mảng mạch trên là thông số công nghệ quan tr ọng, không thể thiếu phục vụ cho thiết k ế chế tạo máy phát siêu âm công suất. Lý thuyết chung về đo điện dung và tr ở kháng xem chươ ng IV, chuyên đề về lý thuyết đo điện dung, tr ở kháng. Sau khi tìm hiểu nghiên cứu các phươ ng pháp đo điện dung và tr ở kháng chúng tôi thấy máy đo HIOKI 3532 – 50 LRC meter phù hợ p cho việc đo và xác định các tham số điện dung, tr ở kháng của cảm biến siêu âm. Dướ i đây chúng tôi giớ i thiệu các tính năng k ỹ thuật và cách vận hành máy đo HIOKI 3532 – 50 LRC meter:

Vớ i việc sử dụng thiết bị đo tần số có thể thay đổi, HIOKI 3532 LCR HiTERER đã cải thiện công suất vớ i tốc độ đáp ứng 5ms, giúp nâng cao hiệu suất đườ ng truyền. HIOKI 3532 LCR HiTERER bao trùm ph ạm vi tần số từ 42Hz đến 5MHz. Điều kiện kiểm tra có thể gần vớ i điều kiện vận hành của thiết bị. Độ chính xác ±0.08%. Phạm vi sử dụng r ộng rãi Một số thông số chính của thiết bị đo: Tham số đo Dải đo |Z|, R, X

|Z|, |Y|, θ, Rp, Rs (ESR), G, X, B, Cp, Cs, Lp, Ls, D, Q 10.00 m to 200.00 M -180.00° to +180.00° 0.3200 pF to 370.00 mF 16.000 nH to 750.00 kH 0.00001 to 9.99999 0.01 to 999.99 5.0000 nS to 99.999 S Z: ±0.08% rdg. θ ± 0.05° 42 Hz to 5 MHz

θ C L D Q |Y|, G, B

Độ chính xác Dải tần số đo Phòng thi ết b ị đ iệ n t ử chuyên d ụng Chủ nhi ệm: Mai Xuân S ỹ

22



10 mV to 5 V rms /10µA to 100 mA rms 50 LCD with backlight / 99999 (full 5 digits) Fast: 5ms Normal: 21ms Slow 1: 72ms Slow 2: 140ms Max. 30 Sets

Mứ c tín hiệu đo Trở kháng ra Màn hình hiển thị Thờ i gian đo

Bộ nhớ

Dướ i đây là bảng k ết quả đo điện dung và tr ở kháng của hai bể r ửa siêu âm

Ở đây : F(kHz): Tần số ; Y(mS) : addmitance ; Z(k Ω): impedance; C p(nF): Điện dung song song; C s(nF ): điện dung n ối tiế p; L p(mH): Điện cảm song song; Ls(mH): Điện cảm nối tiế 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 Ω) 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 Cs(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 Ls(mH) 2.796 2.169 1.184 1.154 7.270 5.966 5.071 4.601 4.382 4.062 3.906

F(kHz) Y(mS) Z(k Ω) C p(nF) Cs(nF) L p(mH) Ls(mH) C p(nF) Cs(nF) L p(mH) Ls(mH)

40.00 40.50 0.517 0.587 1.810 1.839 5.894 6.824 5.641 7.108 2.898 2.688 2.796 2.169 6.152 7.655 6.304 6.843 2.576 2.145 2.589 2.417

41.00 0.629 1.787 6.858 12.81 2.628 2.184 6.864 6.72 2.275 2.478

41.50 0.642 1.789 0.752 12.71 2.789 2.154 6.677 6.44 2.566 2.752


Bể 2 42.00 42.50 0.651 0.672 1.645 1.589 1.638 2.258 1.756 2.325 2.853 2.217 2.270 2.666 6.736 6.423 6.545 6.487 2.6153 2.834 2.533 2.726

23

43.00 0.681 1.685 2.705 2.704 2.518 2.672 6.448 6.878 2.733 2.714

43.50 0.683 1.682 2.810 2.789 2.621 2.601 6.972 5.956 2.515 2.841

44.00 0.683 1.642 2.985 2.804 2.687 2.382 6.989 5.941 2.474 2.845

44.50 0.684 1.755 2.916 2.912 2.686 2.742 6.156 5.183 2.476 2.744

45.00 0.691 1.805 2.905 2.897 2.754 2.786 6.451 5.412 2.586 2.847



II. Chế tạo máy phát tín hiệu phục vụ cho quá trình nghiên cứ u chế thử kích hoạt công suất đầu do siêu âm.

Để phục vụ cho đề tài nghiên cứu “thiết k ế, chế tạo máy r ửa siêu âm tại Việt Nam” đề tài cần thiết k ế chế tạo máy phát tín hiệu hình Sin có khả năng điều chỉnh tần số nhằm cung cấ p nguồn tín hiệu cho bộ khuếch đại công suất dùng để kích hoạt cảm biến. a. Các yêu cầu k ỹ thuật của máy phát tín hi ệu cần đạt: − − − − −

Dải tần số: từ 10kHz ÷ 100kHz. Dạng tín hiệu: Sin. Biên độ đầu ra: 0 ÷ 5Vpp. Tải đầu ra: lớ n hơ n 50Ω. Điều kiện thay đổi tần số: Điều khiển ngoài (thông qua bộ xử lý trung tâm) hoặc điều khiển trong.

b. N ội dung nghiên cứ u đ ã thự c hi ện

Để tạo ra tín hiệu phát có khả n ăng điều chỉnh tần số ta sử d ụng mạch tổ hợ p Max038. Dướ i đây tôi xin giớ i thiệu tính năng k ỹ thuật của Max038: Max038 là bộ phát tần số cao, có thể đưa ra các dạng sóng: sin,r ăng cưa, tam giác, vuông và xung. Tần số đầu ra thay đổi trong dải t ần từ 0,1 Hz đến 20 MHz. Tần số hay chu k ỳ có thể đượ c điều chỉnh bằng dòng, áp hay điện tr ở đầu vào. Dạng sóng phát ra theo yêu cầu đượ c lựa chọn bằng các mã tươ ng ứng từ 2 đầu vào logic A0 và A1. Các đầu ra đồng bộ và tách sóng pha tích hợ p bên trong cho phép kiểm tra tín hiệu bên ngoài. Max038 hoạt động vớ i nguồn cấ p ±5V. Bộ t ạo dao động kiểu h ồi ph ục ho ạt động theo sự phóng nạ p c ủa t ụ C F v ớ i một dòng không đổi đồng thờ i phát ra các sóng vuông hay tam giác. Sự phóng, nạ p của tụ CF đượ c điều khiển b ở i một dòng điện đưa vào một chân IIN và có thể thay đổi bằng cách hiệu ch ỉnh điện áp trên hai chân FADJ (8) và DADJ(7) nằm, trong khoảng từ 2 µA đến 750 µA. Ngoài ra có thể hi ệu chỉnh các tần số nhỏ bằng cách đưa điện áp ±2.4V vào chân FADJ.


24



Dướ i đây là sơ đồ cấu trúc của Max038:

Sơ đồ và chức năng các chân của Max 038: Chân 1 2,6,9,11,18 3 4 5 7 8 10

Tên REF GND A0 A1 C OSC DADJ FADJ IIN

12

PDO

13

PDI

14

SYNC

Mô tả Đầu ra điện áp chuẩn 2,5 V Đầu ra nối đất Đầu vào chọn dạng sóng, tươ ng thích TTL/CMOS Đầu vào chọn dạng sóng, tươ ng thích TTL/CMOS Nối vớ i tụ ngoài Đầu vào hiệu chỉnh chu k ỳ Đầu vào hiệu chỉnh tần số Hiệu chỉnh tần số bằng dòng đầu vào Đầu ra tách sóng pha. Nối đất khi đầu ra tách sóng pha không đượ c sử dụng Xung vào chuẩn tách sóng pha Đầu ra tươ ng thích TTL/CMOS liên quan giữa 2 chân DGNG và DV+ cho phép bộ phát bên trong đồng bộ vớ i tín hiệu bên ngoài.


25



15 16 17 19 20

DGND DV+ V+ OUT V-

Nối đất đầu vào tín hiệu số Đầu vào nguồn + 5V của tín hiệu số Nguồn cấ p +5V Đầu phát tín hiệu:sin, vuông ,tam giác Nguồn cấ p IC – 5V

Để tạo tín hiệu máy phát có dãi tần từ 10kHz đến 100kHz và có công suất ra phù hợ p v ớ i yêu cầu về công suất chúng tôi thiết k ế chế tạo mạch máy phát và mạch khuếch đại công suất trên cùng một mạch in.Trong mạch chúng tôi sử dụng IC max 442 do hãng DALLAS- Mỹ chế tạo. Tính năng k ỹ thuật của IC442 đượ c nêu chi tiết trong mục tính năng k ỹ thuật Max442. Sơ đồ mạch dướ i đây mô tả toàn bộ sơ đồ mạch của máy phát đượ c thiết k ế cùng bộ khuếch đại công suất.

Bảng mạch sau khi lắ p ráp linh kiện:


26



Bảng lựa chọn các thông số k ỹ thuật: Số TT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Thiết bị

Số lượ ng

U1 U2 C1 C2,C3,C5,C7,C9,C10,C11,C12 C4,C6,C8 R1,R2 R3 R4,R5 R6 R7,R8 R9,R10,R11 R12 JU1,JU2, JU3 JU4,JU5 J1

01 01 01 08 03 02 01 02 01 02 03 01 03 02 01


27

Mô tả Max038CPP Max442CPA tụ 82 pF tụ 0,1µF tụ 4,7 µF biến tr ở 20k Ω biến tr ở 50k Ω đi ện tr ở 10k Ω biến tr ở 51k Ω điện tr ở 270Ω điện tr ở 0Ω điện tr ở 3,3 k Ω cầu nối 2 chân cầu nối 3 chân giắc cắm đồng tr ục



Bảng mạch lắ p ráp linh kiện:

Sơ đồ mặt in hai mặt có phủ xanh chống ôxy hoá:


28



Sau khi lắ p ráp xong, chúng tôi đã kiểm tra bộ máy phát tín hiệu trên oscilloscope thấy đã đáp ứng đượ c các yêu cầu về thông số k ỹ thuật. III. Thiết k ế bộ xử lý trung tâm phục vụ quá trình điều khiển cấp tín hiệu máy phát và kích hoạt công suất.

Như đã nói ỏ trên về mục tiêu ứng dụng của bộ điều khiển trung tâm phục vụ nhiệm vụ nghiên cứu chế thử. Trong phần này chúng tôi chi tiết hóa các yêu cầu cụ thể của bộ vi xử lý trung tâm phục vụ nghiện cứu, chế thử. Vớ i chức năng là thiết lậ p các chế độ điều khiển quá trình cấ p tín hiệu điều khiển mạch K Đ công suất kích hoạt các cảm biến siêu âm. Dướ i đây chúng tôi xin giớ i thiệu bộ xử lý trung tâm sử dụng C – Control II của hãng Conrad electronic.

A - Phần cứng. C – Control II là một modul đã đượ c đóng gói bằng nhựa pastics có màn hình hiển thị LCD 2x16 charater, có các núm nút Start, Stop, RUN, và Reset. Ngoài ra modul còn có cổng RS232, cổng I/O, cổng CAN.


29



Máy phát tần số dùng Max 038

Khuếch đại công suất

LCD

Enable

Các phím chức năng

Kit phát triển C – Control II

RS232

Máy tính

Máy tính Ngu Nguồồnncung cung ccấấpp

S ơ đồ khố i của bộ xử lý trung tâm.

Phần cứng của bộ điều khiển bao gồm: - Bộ điều khiển C-Control II của hãng Conrad Electric – GmbH (Đức) - Bảng mạch ứng dụng vớ i các núm nút điều khiển, các phím bấm thiết l ậ p các mạch, các chức n ăng, các tham số công nghệ dùng để khở i động, dừng, đặt các tham số. - LCD hiển thị tần số ở 2 mức Hz và kHz - Cổng giao tiế p RS232 dùng để giao tiế p vớ i máy tính. - Digital I/O ports - LED display 4digit - 8 channels analog Input - 10bit ADC - 3bit PWM Output Phần mềm điều khiển: - Phần mềm điều khiển hệ thống - Điều khiển ghép nối máy phát tín hiệu - Điều khiển ghép nối cấ p tín hiệu và kích hoạt bộ K Đ công suất - Tự động bảo vệ khi quá dòng hoặc hệ thống hoạt động bất thườ ng.


30



Nguyên lý hoạt động của bộ đ i ều khi ển trung tâm:

Khi bật máy bộ điều khiển trung tấm sẽ quét xem tr ạng thái của các cổng – nếu không có tín hiệu dừng thì máy sẽ t ự động thực hiện các lệnh tuần tự ghi trong bộ nhớ EEPROM, k ết thúc bộ điều khiển báo đèn đã sẵn sang.  Ngườ i điều khiển chọn các phím: “Set” để đặc tần số. Dùng các phím mũi tên để t ăng, giảm tần số theo bướ c nhảy đã định sẵn. K ết thúc quá trình ta ấn phím Enter để khở i động chu trình làm việc của bộ điều khiển trung tâm.  Bộ điều khiển sẽ bắt đầu thực hiện cấ p tín hiệu máy phát và khở i động bộ K Đ công suất . Nếu trong quá trình làm việc dòng điện vượ t quá mức cho phép – máy sẽ dừng cấ p công suất và thông báo có lỗi. Quá trình thử nghiệm trên cho phép ta xem xét ở nhiề u góc độ:  Công suất của cảm biến theo tần số  Tổn hao điện năng của bộ K Đ công suất  Quá trình quá độ khi đóng ngắt công suất cho cảm biến  Tổn hao nhiệt của bộ K Đ Từ góc nhìn k ỹ thuật ta nhận thấy:  Quá trình chế thử trên đã tạo ra một thiết bị r ửa siêu âm đáp ứng các chức năng nhưng chưa đạt về mặt công suất. Bộ K Đ công suất đưa ra ở đây chỉ hạn chế ở mức d ướ i 50% mức công suất danh định của cảm biến.  Bộ K Đ sử dụng LM4780 hoạt động ở chế độ AB nên tổn hao công suất là r ất lớ n (lớ n hơ n 50% công suất cung cấ p) Như vậy để có một công suất siêu âm 200W (theo tính toán) ta cần có một bộ K Đ 400W – ngoài ra do tổn hao sắt từ, tổn hao nhiệt v.v…Công suất cần thiết cho bộ K Đ là 500W. Về m ặt k ết c ấu phần điện tử của máy r ửa siêu âm r ất cồng k ềnh do biến áp và cánh toả nhiêt. Để đưa ra một mạch điện cho máy r ửa siêu âm cần phải cải tiến, hoàn thiện, tăng cườ ng về chức năng như bổ sung chế độ điều khiển tín hiệu để nâng cao hiệu suất r ửa siêu âm, đặc biệt phải giảm thiểu tổn hao điện năng và hạn chế kích thướ c máy. 


31



Sau nhiều n ỗ lực c ải tiến, nhóm đề tài đã đưa ra mạch điện cho máy r ửa siêu âm vớ i mức tổn hao điện năng thấ p, hoạt động ổn định và tin cậy. Tín hiệu siêu âm công suất đượ c điều biến ở tần số 100Hz, r ất hiệu quả và tiết kiệm diện tích.

Chươ ng trình phần mềm:

Chươ ng trình phần mềm gồm các modul th ực hiện các ch ức năng khác nhau. C ụ thể: Modul xuất độ r ộng xung (PLM) inline function settimebase ( int channel, int timebase ) { inline vmcodes.VM_PLM | (vmcodes.PLM_SET_TIMEBASE << 8); } const BASE_400 = 0; const BASE_800 = 1; const BASE_1600 = 2; const BASE_3200 = 3; const BASE_6400 = 4; const BASE_12800 = 5; const BASE_25600 = 6; const BASE_51200 = 7; inline function setmode ( int channel, int mode ) { inline vmcodes.VM_PLM | (vmcodes.PLM_SET_PORTMODE << 8); } const PORT_DIGITAL = 0; const PORT_PUSHPULL = 1; inline function setperiod ( int channel, int length ) Phòng thi ết b ị đ iệ n t ử chuyên d ụng Chủ nhi ệm: Mai Xuân S ỹ

32



{ inline vmcodes.VM_PLM | (vmcodes.PLM_SET_PERIODLENGTH << 8); } inline function out ( int channel, int value ) { inline vmcodes.VM_PLM | (vmcodes.PLM_OUT << 8); } inline function beep ( int tone ) { inline vmcodes.VM_PLM | (vmcodes.PLM_BEEP << 8); } const TONE_OFF = -1; const TONE_A = 0; const TONE_AIS = 1; const TONE_H = 2; const TONE_C1 = 3; const TONE_CIS1 = 4; const TONE_D1 = 5; const TONE_DIS1 = 6; const TONE_E1 = 7; const TONE_F1 = 8; const TONE_FIS1 = 9; const TONE_G1 = 10; const TONE_GIS1 = 11; const TONE_A1 = 12; // 440 Hz concert pitch const TONE_AIS1 = 13; const TONE_H1 = 14; const TONE_C2 = 15; const TONE_CIS2 = 16; const TONE_D2 = 17; const TONE_DIS2 = 18; const TONE_E2 = 19; const TONE_F2 = 20; const TONE_FIS2 = 21; const TONE_G2 = 22; const TONE_GIS2 = 23; const TONE_A2 = 24; const TONE_AIS2 = 25; const TONE_H2 = 26; Phòng thi ết b ị đ iệ n t ử chuyên d ụng Chủ nhi ệm: Mai Xuân S ỹ

33



const TONE_C3 = 27; const TONE_CIS3 = 28; const TONE_D3 = 29; const TONE_DIS3 = 30; const TONE_E3 = 31; const TONE_F3 = 32; const TONE_FIS3 = 33; const TONE_G3 = 34; const TONE_GIS3 = 35; const TONE_A3 = 36; const TONE_AIS3 = 37; const TONE_H3 = 38; const TONE_C4 = 39; //Modul PORT (DI,DO,ADC, PULSE COUNTING) inline function get ( int number ) returns int { inline vmcodes.VM_GET_SINGLE_PORT; } inline function getn ( int number ) returns int { inline vmcodes.VM_GET_NIBBLE_PORT; } inline function getb ( int number ) returns int { inline vmcodes.VM_GET_BYTE_PORT; } inline function getw ( int number ) returns int { inline vmcodes.VM_GET_WORD_PORT; } inline function adc ( int number ) returns int { inline vmcodes.VM_GET_ADC_PORT; } inline function set ( int number, int state ) { inline vmcodes.VM_SET_SINGLE_PORT; } inline function setn ( int number, int state ) Phòng thi ết b ị đ iệ n t ử chuyên d ụng Chủ nhi ệm: Mai Xuân S ỹ

34



{ inline vmcodes.VM_SET_NIBBLE_PORT; } inline function setb ( int number, int state ) { inline vmcodes.VM_SET_BYTE_PORT; } inline function setw ( int number, int state ) { inline vmcodes.VM_SET_WORD_PORT; } inline function deact ( int number ) { inline vmcodes.VM_DEACT_SINGLE_PORT; } inline function deactn ( int number ) { inline vmcodes.VM_DEACT_NIBBLE_PORT; } inline function deactb ( int number ) { inline vmcodes.VM_DEACT_BYTE_PORT; } inline function deactw ( int number ) { inline vmcodes.VM_DEACT_WORD_PORT; } inline function toggle ( int number ) { inline vmcodes.VM_TOGGLE_SINGLE_PORT; } inline function pulse ( int number ) { inline vmcodes.VM_PULSE_SINGLE_PORT; } inline function getcount ( int number ) returns long { inline vmcodes.VM_GET_COUNT; } Phòng thi ết b ị đ iệ n t ử chuyên d ụng Chủ nhi ệm: Mai Xuân S ỹ

35



inline function getfreq ( int number ) returns long { inline vmcodes.VM_GET_FREQ; } //Modul hiển thị LCD inline function init () { inline vmcodes.VM_LCD | (vmcodes.LCD_INIT << 8); } inline function ready () returns int { inline vmcodes.VM_LCD | (vmcodes.LCD_READY << 8); } inline function __showcursor ( int yesno ) { inline vmcodes.VM_LCD | (vmcodes.LCD_SHOW_CURSOR << 8); } function showcursor ( int yesno ) { capture; wait ready(); __showcursor(yesno); release; } function clear () { capture; wait ready(); inline vmcodes.VM_LCD | (vmcodes.LCD_CLEAR << 8); release; } function clreol () { capture; wait ready(); inline vmcodes.VM_LCD | (vmcodes.LCD_CLREOL << 8); release; Phòng thi ết b ị đ iệ n t ử chuyên d ụng Chủ nhi ệm: Mai Xuân S ỹ

36



} inline function __goto ( int line, int pos ) { inline vmcodes.VM_LCD | (vmcodes.LCD_GOTO << 8); } function goto ( int line, int pos ) { capture; wait ready(); __goto(line, pos); release; } function home () { capture; wait ready(); inline vmcodes.VM_LCD | (vmcodes.LCD_HOME << 8); release; } inline function __scroll ( int pos ) { inline vmcodes.VM_LCD | (vmcodes.LCD_SCROLL << 8); } function scroll ( int pos ) { capture; wait ready(); __scroll(pos); release; } function put ( int c ) { capture; wait ready(); inline vmcodes.VM_LOAD_LOCAL_INT; inline -6; inline vmcodes.VM_LCD | (vmcodes.LCD_PUT << 8); release; } Phòng thi ết b ị đ iệ n t ử chuyên d ụng Chủ nhi ệm: Mai Xuân S ỹ

37



function print ( byte buf[], int length ) { capture; wait ready(); inline vmcodes.VM_LOAD_LOCAL_INT; inline -8; inline vmcodes.VM_LOAD_LOCAL_INT; inline -6; inline vmcodes.VM_LCD | (vmcodes.LCD_PRINT << 8); release; } inline function clear ( string s ) { inline vmcodes.VM_STRING | (vmcodes.STRING_CLEAR << 8); } inline function length ( string s ) returns int { inline vmcodes.VM_STRING | (vmcodes.STRING_GET_LENGTH << 8); } inline function fill ( string s, int pos, int c ) { inline vmcodes.VM_STRING | (vmcodes.STRING_FILL << 8); } inline function putchar ( string s, int c ) { inline vmcodes.VM_STRING | (vmcodes.STRING_PUT_CHAR << 8); } inline function putstring ( string dest, string source ) { inline vmcodes.VM_STRING | (vmcodes.STRING_PUT_STRING << 8); } inline function putint ( string s, int value ) { inline vmcodes.VM_STRING | (vmcodes.STRING_PUT_INT << 8); } inline function putlong ( string s, long value ) { inline vmcodes.VM_STRING | (vmcodes.STRING_PUT_LONG << 8); } Phòng thi ết b ị đ iệ n t ử chuyên d ụng Chủ nhi ệm: Mai Xuân S ỹ

38



inline function putfloat ( string s, float value ) { inline vmcodes.VM_STRING | (vmcodes.STRING_PUT_FLOAT << 8); } inline function putintf ( string s, int value, int format ) { Inline vmcodes.VM_STRING | (vmcodes.STRING_PUT_FORMATTED_INT << 8); } inline function putlongf ( string s, long value, int format ) { inline vmcodes.VM_STRING | (vmcodes.STRING_PUT_FORMATTED_LONG << 8); } inline function putfloatf ( string s, float value, int format ) { inline vmcodes.VM_STRING | (vmcodes.STRING_PUT_FORMATTED_FLOAT << 8); } inline function putmask ( string s, int mask, int c1, int c0 ) { inline vmcodes.VM_STRING | (vmcodes.STRING_PUT_BYTE_MASK << 8); } thread main { float voltage; string output; int i; long a; int output; output = 1; //LED while output < 0b100000000 { ports.setb(1, output); output = output << 1; sleep 200; } lcd.clear(); i=ports.get(0); str.putint(s, i); Phòng thi ết b ị đ iệ n t ử chuyên d ụng Chủ nhi ệm: Mai Xuân S ỹ

39



lcd.print(s, str.length(s)); wait lcd.ready(); lcd.clear(); if i = -1 { plm.settimebase(1, 1); plm.setperiod(1, 25000); plm.out(1,1250); sleep 1000; for i = 1 ... 10 { a = 1250 + i*125; plm.out(1,a); output = "U= "; str.putfloatf (output, a, 2); str.putchar(output, 'V'); lcd.print(output, str.length(output)); lcd.clreol(); sleep 500; lcd.goto(0,0); } } lcd.clear(); i=ports.get(0); str.putint(s, i); if i = -1 { voltage = ports.adc(1) * 0.004; // 4 mV tren ADC Digit output = "U= "; str.putfloatf (output, voltage, 2); str.putchar(output, 'V'); lcd.print(output, str.length(output)); lcd.clreol(); sleep 500; lcd.goto(0,0); } loop quit 1; } Phòng thi ết b ị đ iệ n t ử chuyên d ụng Chủ nhi ệm: Mai Xuân S ỹ

40



IV. Thiết k ế chế tạo bộ khuếch đại công suất.

Như một số tài liệu trong đề tài máy r ửa siêu âm đã mô tả, cảm biến siêu âm là một ph ần t ử ch ấ p hành công suất. Cảm bi ến siêu âm nhận n ăng lượ ng t ừ bộ khuếch đại công suất và biến đổi n ăng l ượ ng điện thành cơ n ăng d ướ i d ạng sóng và truyền sóng cơ trên vào trong chất lỏng. Tần số làm việc của cảm biến là 42kHz và tr ở kháng của nó là 1,9 k Ω. Vớ i bể r ửa siêu âm 10 lit, ta dùng 3 cảm biến mắc song song. Theo khuyến nghị của hãng công suất tối ưu cho bể r ửa 10 lit là 200W. Vớ i công suất này trung bình mỗi cảm biến chịu công suất cỡ 67W. Do các cảm biến mắc song song, nên biên độ điện đặt lên các cảm biến là như nhau, độ tr ễ pha giữa các dao động sóng cơ là không đáng k ể. Do cảm biến có điện dung bở i vậy ở chế độ khở i động dòng điện cấ p cho cảm biến phải đượ c hạn chế và phải đượ c tăng dần theo thờ i gian. Thờ i gian quá độ không bé hơ n 1ms nhằm bảo đảm cho tuổi thọ lâu dài cho cảm biến. Cảm biến siêu âm hoạt động theo chế độ thu ận nghịch, tạo sóng cơ . Khi đượ c cấ p và ngượ c lại tạo ra dao động điện khi có sóng cơ . Như vậy khi ngừng cấ p điện cho cảm biến thì chính cảm biến đã tạo ra các sóng điện tích có giá tr ị biên độ r ất lớ n, r ồi tắc dần qua thờ i gian. Năng lượ ng điện này nếu đượ c giải phóng về mạch điện công suất sẽ gây ra hỏng hóc cho các linh kiện điện tử. Nếu điện áp suất hiện trên hai đầu cực lớ n sẽ gây đánh thủng đối vớ i cảm biến. Dựa trên các đặc điểm k ỹ thuật trên chúng ta đưa ra phươ ng án thiết k ế chế thử bộ khuếch đại công suất cho cảm biến siêu âm. a) Các thông số cơ bản d ự ki ến :  Nguồn nuôi:  Chỉnh lưu cầu từ điện lướ i hạ áp xuống vớ i điện áp đầu ra ±30V có mức dự tr ữ cao.  Nguồn nuôi cao áp cho tầng công suất v ớ i điện áp nuôi một chiều lên đến 280V  Máy phát tín hiệu: Lấy tín hiệu từ máy phát tín hiệu hình Sin.  Mạch khuếch đại công suất: Sử dụng mạch tuyến tính công suất của hãng National Semiconductor.  Điều khiển nâng cấ p tín hiệu từ máy phát tín hiệu Như đã phân tích tính toán ở trên ta dự kiến bộ khuếch đại công suất vớ i các thông số sau: Phòng thi ết b ị đ iệ n t ử chuyên d ụng Chủ nhi ệm: Mai Xuân S ỹ

41



b) Phươ ng thứ c làm vi ệc của bộ khuế ch đại:

- Khuếch đại tín hiệu có tải dung kháng - Kiểu khuếch đại tuyến tính và kiểu khuếch đại điều biên (hình bao) Công suấ t tín hi ệu đ i ện của bộ khuế ch đại: Vì công suất ra của mỗi c ảm biến g ần 71W nên công suất t ổng cho một máy r ửa siêu âm là: 210W Để bộ khuếch đại hoạt động đủ công suất chúng tôi tính toán thiết k ế cho bộ khuếch đại có công suất 300W. Vớ i mỗi vi mạch điện tử công suất, có công suất tối đa là 2x60W đối vớ i vi mạch điện t ử công suất LM4780 – vớ i việc s ử d ụng công suất 70W cho mỗi cảm bi ến thì việc dùng mạch vi điện t ử công suất trên là đáp ứng hoàn toàn về mặt công suất.

S ơ đồ khố i bộ khuế ch đại công suấ t d ạng tuyế n tính

S ơ đồ mạch khuế ch đại công suấ t dùng LM4780 Phòng thi ết b ị đ iệ n t ử chuyên d ụng Chủ nhi ệm: Mai Xuân S ỹ

42



c) Thi ết k ế mạch in cho mạch khuế ch đại công suấ t LM4780

Bố trí linh kiện trên mạch in

M ạch in mặt trên (top)


43



M ạch in mặt d ướ i Nhận xét đ ánh giá:

Chế tạo bộ khuếch đại trên phù hợ p vớ i mục tiêu nghiên cứu. Khảo sát k ỹ thuật chế tạo máy r ửa siêu âm. Bộ khuếch đại trên cho ta khảo sát các chế độ làm việc của các cảm biến siêu âm cả về góc độ công suất và tần số của cảm biến. Tuy nhiên trong quá trình làm việc đòi hỏi phải r ất thận tr ọng và sáng tạo nhằm tránh những hỏng hóc về mạch hay cảm biến. Việc đo dòng hiệu dụng cao tần của cảm biến phải sử dụng một phần mạch dòng tr ực tiế p, không tiế p xúc, tần số cao để quan sát điều khiển, xử lý theo ý muốn. K ết luận: • Về mục tiêu phục vụ chế thử bộ khuếch đại công suất cho cảm biến phươ ng pháp chế tạo trên hoàn toàn đáp ứng. • Kích thướ c, phươ ng án mạch quá phức tạ p, nguồn tiêu thụ lớ n và r ất dễ dàng hỏng hóc nên chưa phù hợ p vớ i việc áp dụng mạch trên vào chế tạo mạch máy r ửa siêu âm cho một đối tượ ng máy cụ thể. • Nên xem xét mạch cụ thể của một số máy r ửa siêu âm của các hãng nướ c ngoài, học và chế theo mẫu máy đờ i mớ i nhất cùng loại.


44



d. Hi ệu ch ỉ nh b ảng mạch công suấ t l ớn ( thi ết k ế

mạch khuếch đại công suất

lần 2) Bảng mạch điện tử công suất sau khi đã chế tạo lắ p ráp lên mạch in, cho chạy thử thấy đạt một số thông số cơ bản thì tiến hành hiệu chỉnh các thông số, dải thông, hệ số khuếch đại ở chế độ có tải và không tải vớ i các mức tải khác nhau để tìm ra chế độ tối ưu cho bộ khuếch đại.

ráp và hiệu chỉ nh S ơ đồ khố i của hệ đ o khi l ắ p Nguyên lý hoạt động của hệ:

Máy phát tần tạo ra các tín hiệu hình sin có thể điều chỉnh tần số và biên độ, tín hiệu đầu ra của máy phát đượ c đồng thờ i đưa đầu vào của 3 bộ K Đ. Oscilloscope DL1640 là máy hiện sóng 4 kênh ở đây ta sử dụng dạng kênh 1 để đo tín hiệu đầu vào bộ K Đ – Kênh 2, 3, 4 đo tín hiệu đầu ra của bộ K Đ. • Hệ số K Đ của mạch đượ c tính: Uch1/Uch2 = A1, Uch3/Uch1 = A2, Uch4/Uch1 = A4 • Phép đo trên đượ c thực hiện khi: R Load1=20% MaxLoad R Load1=50% MaxLoad

- Đối vớ i hai thông số: Tần số và dải thông của bộ K Đ đượ c kiểm tra đồng thờ i cùng vớ i hệ s ố khuếch đại có tính đến vùng tần s ố tối ưu v ề mặt công suất của toàn bể r ửa. - Đo đánh giá tính năng k ỹ thuật của bảng mạch điện tử công suất lớ n. Sau khi hiệu chỉnh tối ưu các chế độ tần số, điện áp đầu vào, dải thông bộ Phòng thi ết b ị đ iệ n t ử chuyên d ụng Chủ nhi ệm: Mai Xuân S ỹ

45



khuếch đại ta tiến hành đo lậ p b ảng s ố liệu chính của bộ K Đ thông qua hệ đo trên. - Bảng số liệu đo  Bảng 1: Điều kiện đo: R Load = 20% R Load địnhmức Uin(CH1) = ; Uout1, Uout2, Uout3 Ở các chế độ f 1 = 41,8KHz; f 2 = 42KHz; f 3= 43KHz Bảng 2: Điều kiện đo: R Load định mức Uin(CH1) = ; Uout1, Uout2, Uout3 Ở các chế độ f 1 = 41,8; 42; 42,2KHz Thông số chi ti ết các linh ki ện trên mạch công suấ t: 

TT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 13 14 15 16 17 18 20 21 22

Ký hiệu R1 R2 R3

23 24

C15 C16 Q1÷ Q5

25

Q6,7

R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11,12 R13,14,16 C1 C2 C3,13,14 C5 C6,7 C8 C9,11,12,17,18 C10


Giá tr ị Ghi chú 9k 100k VR 2200k 2k 51.1k 9.3k 10k 3.9k 0.150k 0.150k 0Ω 22µF/250V 1µF/250V 2.2µF/270V 22µF/275V IEC 60384 – 10 102 10µ/50V R – 63 – 1817 – D519F 500±1%500VAE 225K+35K0543 Transistors 2N3904/542 G4BC20U 46



26

F1

27

F2

28 29

F3 D1 ÷ D6

Cầu trì:3A250V BUSSGMA Cầu trì: T2AL250V T1A250V/372 Điot

V. Thiết k ế mạch bảo vệ quá dòng tốc độ cao

Như ta đã biết bộ khuếch đại công suất của máy r ửa siêu âm làm việc trong điều kiện điện áp cao và tần số lớ n. n. Tốc độ dòng trong linh kiện có thể đạt đến 1200A/µs. Vớ i sự biến đổi tín hiệu nhanh như trên, việc đưa ra mạch điện bảo vệ hữu hiệu là r ất khó. Trên thực tế tr ở ngại trên luôn tồn tại, ta phải tìm cách vượ t qua nó. ở ng Tốc độ tín hiệu và khoảng cách truyền tín hiệu, chúng ta luôn phải quan tâm giải quyết trong từng bướ c nghiên cứu. Mạch tiêu biểu của bảo vệ dòng đượ c đề xuất dướ i đây: I

R S

Khuếch đại vi sai

AC/DC convertor

Comparator

Điều khiển ON M ạch OFF bảo vệ Khuếch đại công suất

Nguyên lý hoạt động của mạch bảo vệ:

Khi dòng điện chạy qua R S, đầu vào của bộ khuếch đại vi sai xuất hiện tín hiệu. Đối vớ i m ạch công suất, điện tr ở 0.01Ω. Ứ ng ng v ớ i dòng ở R S r ất nh ỏ, cỡ 0.01 10mV. Để d ễ dàng xử lý tín hiệu ta sử d ụng điện 1A thì điện áp r ơ ơi trên R S c ỡ 10mV. bộ khuếch đại vi sai có tr ở kháng đầu vào lớ n và tốc độ tín hiệu cao. ở kháng Bộ khuếch đại thuật toán có FET, MOSFET ở đầu vào và tốc độ phát triển tín hiệu lớ n hơ n 20V/µs là phù hợ p vớ i mục tiêu này. Theo đó LF356 hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu k ỹ thuật của bộ khuếch đại vi sai Dướ i đ ây ây là bảng thông số k k thuật chính của LF356: ỹ thu Phòng thi ế chuyên d ụng ết b ị đ ị đ i iệ n t ử ử chuyên Chủ nhi ệm: Mai Xuân S ỹ

47


Trung tâm công nghệ vi đ i iệ n t ử và tin học ử và Báo cáo t ổ ổng ng k ế ết đề tài nghiên cứ u khoa học cấ p Bộ 

Sơ đồ ơ đồ bố trí chân

đồ nguyên lý: 





Đặc điểm: • Điện áp cung cấ p: 15V. • Công suất tiêu thụ: 700mW. • Dòng vào: Vin = ±0.4V 0 0 • Nhiệt độ làm việc: -20 C÷ +70 C 250C: Đặc tính điện học ở 25

Ứ ng ng dụng tiêu biểu: • Bộ khuếch đại sóng AM/FM. • Hệ thống âm thanh trong vô tuyến. • Bộ chuyển đổi công suất. • Thiết bị siêu âm.


48



Sau khi tín hiệu đượ c khuếch đại, tín hiệu xoay chiều đượ c biến đổi sang tín hiệu một chiều:  Mạch tiêu biểu cho bộ biến đổi tín hiệu AC/DC:

ơ đồ nguyên lý mạch biế n đổ i tín hiệu S ơ đồ

Vớ i việc ứng dụng IC1 = IC2 = LF356, dải tần làm việc của bộ biến đổi trên từ 100Hz ÷ 100kHz Phòng thi ế chuyên d ụng ết b ị đ ị đ i iệ n t ử ử chuyên Chủ nhi ệm: Mai Xuân S ỹ

49



Dùng LM393 – fast comparator làm bộ so sánh tín hiệu. Khi dòng điện lớ n hơ n dòng đã đặt, comparator lậ p tức tạo một tín hiệu bảo vệ quá dòng để cắt tín hiệu ra khỏi bộ khuếch đại công suất. Dướ i đ ây là một số thông số của IC LM393:





Đặc điểm: • Nguồn cung cấ p: 2Vdc đến 36Vdc. • Dòng tiêu thụ: 0.4mA. • Dòng vào offset: 5.0nA. • Áp vào offset: 5.0mV. • Điện áp vào có thể tươ ng thích vớ i mức logic của DTL, TTL, MOS, CMOS. Đặc điểm:


50



Lắ p ráp và kiểm tra hiệu quả bảo vệ, tốc độ bảo vệ: - Mạch in của bộ bảo vệ: - Partlist linh kiện: TT Linh kiện 1 LF356 2 LM393 3 R1=R5=R6=10K 4 R2=R3=R4=20K 5 R7=5,6K 6 R8=68k 7 VR5K=5K 8 C=10µF

Số lượ ng 03 01 03 03 01 01 01 01

Kiểm tra và hiệu chỉnh mạch.

Mạch bảo vệ đượ c lắ p ráp và hiệu chỉnh theo sơ đồ khối sau: Máy phát tín hiệu

Bộ khuếch đại công suất dùng LM4780

Load

Mạch bảo vệ

output

Rs Tín hiệu bảo vệ

S ơ đồ khố i mạch bảo vệ Chứ c năng của các khối:

Máy phát tín hiệu: là máy phát âm tần có dải tần trên 1MHz, • Máy phát chức năng cấ p tín hi ệu trong dải tần đến 1MHz, có thể điều chỉnh tần số, điện áp. • Bộ khuếch đại công suất LM4780 là bộ khuếch đại tiêu biểu, dùng để tạo ra dòng tải có dải tần từ 50Hz ÷ 120kHz (Chi tiết xem chươ ng 7) - K ết hợ p giữa LM4780 vớ i R S để tạo ra tín hiệu tải. •


51



- Khảo sát và hiệu chỉnh bộ bảo vệ dòng. Vớ i việc đặt giá tr ị Vref trên bộ comparator ta đã đưa ra ngưỡ ng bảo vệ cho dòng điện trên tải R S. Đặt máy phát ở chế độ f 0 bất k ỳ trong dải tần. Ví dụ f 0 = 40kHz Tăng dần dần biên độ máy phát cho tớ i khi đầu ra của bộ so sánh xuất hiện tín hiệu bảo vệ. Giá tr ị điện áp ghi đượ c trên đầu ra của bộ chỉnh lưu chính là giá tr ị tươ ng ứng của dòng bảo vệ. Phép hiệu chỉnh trên có thể thực hiện đượ c trong dải tần từ 100Hz ÷ 100kHz để xác định dải tần làm việc của bộ bảo vệ. Lưu ý r ằng bộ khuếch đại công suất luôn luôn làm việc ở chế độ công suất lớ n dễ bị hỏng do nhiễu điện gây ra. Việc gá lắ p hiệu chỉnh phải r ất thận tr ọng. Công việc nghiên cứu công suất luôn tạo ra những h ỏng hóc, có thể phá hỏng toàn bộ công việc nghiên cứu của bạn đang làm. Trong nghiên cứu đòi hỏi phải hết sức thận tr ọng để hạn chế tối đa những tổn hao về tiền bạc và công sức. Những kinh nghiệm thu đượ c từ việc thiết k ế chế tạo bộ bảo vệ và việc thực hiện thành công bộ bảo vệ cũng hạn chế nhiều các r ủi do về công sức và tiền của trong quá trình thực hiện đề tài.


52



VI. Thiết k ế chế tạo bộ cơ khí gá đỡ cho bể r ửa siêu âm. Bể r ửa siêu âm có gắn các cảm biến siêu âm ở đáy bể đượ c nhậ p ngoại từ hãng Branson. Vật liệu bể r ửa là thép không r ỉ 304, có kích thướ c như sau:

Bản vẽ bộ gá đỡ bể r ửa siêu âm ( Vật liệu PVC không thấm nướ c).


53



VII. Xây dự ng hệ đo và kiểm tra k ết quả chế thử .

Trong quá trình chế thử nhiều phép đo, đánh giá các khối chức năng đã đượ c thực hiện nh ằm phục v ụ cho mục đích nghiên cứu. Sau khi đã hoàn thiện chế thử máy, những thông số cụ thể về điện của máy đã đượ c xác lậ p. Để khẳng định tính ổn định của máy chúng ta cần đưa ra các phép đo để xác định một s ố thông số c ơ b ản nh ất c ủa máy. Ta cho máy chạy liên tục trong thờ i gian dài và đo xác định lại các thông số trên. So sánh k ết quả đo giữa hai lần đo giữa hai khoảng thờ i gian để đánh giá, phân tích tính ổn định của máy. a. Các thông số cần đo: Dướ i đây là một số thông số cần đo mà đề tài đã đưa ra nhằm đánh giá tính ổn định của máy: • Điện áp đầu vào. • Dòng điện tiêu thụ. • Hệ số tổn hao công suất. • Công suất tiêu thụ.  Sơ đồ khối hệ đo.

Hình 1: Mô t ả sơ đồ khố i hệ đ o

Nguồn điện lướ i đượ c đưa vào biến áp tự ngẫu vô cấ p. • Đầu ra của biến áp vô cấ p đượ c đưa vào máy đo các thông số điện vạn năng. • Đầu ra của máy đo các thông số điện vạn năng là máy r ửa siêu âm. •

 Chứ c năng chính của các thiết bị như sau:

• Bi ến áp t ự ng ẫu vô cấ p: Phòng thi ết b ị đ iệ n t ử chuyên d ụng Chủ nhi ệm: Mai Xuân S ỹ

54



Là thiết bị công suất 2,5kW, có điện áp đầu vào dướ i 220V/50Hz. Đầu ra là một cu ộn th ứ cấ p, duy trì cung cấ p điện cho đầu ra tiêu thụ có công suất 2kW. Bằng cách xoay núm điều chỉnh điện áp ta có thể thay đổi đượ c điện áp ra máy vớ i dải điện áp đầu ra từ 0V – 240V. Vớ i sự thay đổi của điện áp đầu vào của máy r ửa siêu âm, cho phép ta xác định công suất siêu âm thay đổi theo điện áp nguồn nuôi. • Máy đ o thông số đ i ện vạn năng: Đây là máy đo thông số điện vạn năng của Đức có độ chính xác cao. Thông số k ỹ thuật của máy: o Điện áp làm việc: 230VAC/50Hz. o Công suất lớ n nhất: 3000W. o Dòng điện cực đại: 13A. o Độ chính xác: ±2% cho thiết bị đo dướ i 2500W. ±4% cho thiết bị đo trên 2500W. 0 o Nhiệt độ làm việc: +10 đến +40 C. o Độ phân giải của các tham số:  Dòng điện: 0.001A.  Điện áp: 0.1V.  Tần số: 0.01Hz.  Công suất: 0.1W/0.1VA cho 1.5 đến 1000W. 1W/1VA vớ i công suất quá 1000W  Cos phi: 0.01. b. Quy trình đo đượ c tiến hành:  Lắ p ráp sơ đồ điện như hình 1  Vặn núm điều chỉnh của của biến áp vô cấ p về giữa của biến áp.  Bật công tắc điện của máy r ửa siêu âm về ON, núm điều chỉnh thờ i gian ở “0”. Sau khi đã nắ p ráp các thiết bị và vặn các núm điều chỉnh theo hướ ng dẫn trên, cắm phíc điện biến áp tự ngẫu vào ổ cắm điện và bật công tắc máy.


55


Trung tâm công nghệ vi đ iệ n t ử và tin học Báo cáo t ổ ng k ết đề tài nghiên cứ u khoa học cấ p Bộ -

-

Vặn biến áp tự ngẫu để đầu ra là 220V (đọc trên máy đo vạn năng) Vặn công tắc đặt thờ i gian trên máy r ửa siêu âm là 15 phút. Đọc các giá tr ị đo trên máy gồm U, I, f, cosΦ, P. Đọc ghi lại các giá tr ị đo trên sau thờ i gian 12 phút.

Các phép đo trên đượ c thực hiện ở các chế độ điện áp ra từ 225V – 190V vớ i bướ c điều chỉnh 5V. Lậ p bảng ghi lại giá tr ị đo lần 1, lần 2 sau một tháng, lần 3 sau 3 tháng. Bảng 1: Uvào(V) I vào(A) F (Hz) CosΦ P (W) 190 0,19 50,33 0,98 41 195 0,35 50,14 0,99 70 200 0,6 50,1 0,93 120 205 0,715 50,37 0,95 144 207 0,77 50,1 0,97 158 214 0,775 50,37 0,98 170 Bảng 2: Uvào(V) 190 195 200 205 207 214

I vào(A) 0,191 0,36 0,61 0,72 0,78 0,79

F (Hz) 50,33 50,14 50,1 50,37 50,1 50,37

CosΦ 0,98 0,99 0,93 0,95 0,97 0,98

P (W) 42 72 125 148 160 175

c. Nhận xét và đánh giá về chất lượ ng máy theo các thông số đo theo thờ i gian.

Sau thờ i gian chạy thử 3 tháng, nhìn vào bảng k ết quả đo, so sánh k ết quả đo tr ướ c và sau 3 tháng, ta thấy thiết bị làm việc khá ổn định, các thông số đo nằm trong sai số quy định: K ết luận: Thiết bị hoạt động ổn định Phòng thi ết b ị đ iệ n t ử chuyên d ụng Chủ nhi ệm: Mai Xuân S ỹ

56



VIII. R ửa thử một số dụng cụ y tế:

Để thiết bị khẳng định đượ c tính ứng dụng thực tiến, sau khi cho chạy thử trong phòng thí nghiệm chúng tôi đã h ợ p tác vớ i Viện k ỹ thu ật y học hàng không trong việc dùng thiết bị để r ửa một số dụng cụ y t ế t ại bệnh viện và phía Viện đã tr ực tiế p cử ngườ i thực hiện nhiệm v ụ trên. Viện đã có biên bản nhận xét, đánh giá về khả năng làm sạch của thiết bị. Tuy k ết quả trên đây chưa đưa ra đượ c nhiều loại dụng cụ dùng để r ửa bằng công nghệ r ửa siêu âm trên máy do đề tài chế tạo nhưng những đánh giá khách quan của Viện cũng khẳng định một phần nào khả năng ứng dụng của thiết bị trong l ĩ nh vực y tế. Việc ti ến hành ứng dụng thiết b ị để th ử nghiệm công nghệ làm sạch m ột số dụng cụ y tế bằng k ỹ thuật siêu âm đòi h ỏi tốn kém về hoá chất và công sức và thờ i gian. Để sớ m đưa thiết bị vào ứng dụng ở mức độ cao hơ n đề nghị Viện và lãnh đạo Bộ cấ p kinh phí cho việc thử nghiệm công nghệ làm sạch một số dụng c ụ y tế bằng thiết bị r ửa siêu âm thì hiệu qu ả ứng dụng c ủa đề tài sẽ cao hơ n. IX. Quy trình công nghệ “Thiết k ế ch ế t ạo máy rử a siêu âm” trong phòng thí nghiệm

Qua thực tế và thực nghiệm chúng tôi thấy có thể viết qui trình công nghệ thiết k ế, chế tạo máy r ửa siêu âm trong phòng thí nghiệm gồm các bướ c sau: a. Tính toán, thiết k ế tổng thể về máy rử a siêu âm Căn cứ vào mục tiêu ứng dụng, ngườ i thiết k ế cần đưa ra một số thông số chính về máy: - K ết cấu, cấu trúc máy, các yêu cầu cơ bản về bể r ửa, môi tr ườ ng làm việc, công suất máy và chế độ làm việc. - Hệ thống cấ p, thoát nướ c cho bể r ửa - Các giá đựng, khay đựng dụng cụ đặt trong bể. - Chọn l ựa bể siêu âm theo thêt tích, công suất điện và số lượ ng cảm biến. - Chọn lựa chất t ẩy r ửa phù hợ p và sắ p xế p trình tự quá trình tẩy r ửa hợ p lý nhằm nâng cao hiệu suất và công suất. - Đề ra các mạch chức năng chính của thiết bị. Phòng thi ết b ị đ iệ n t ử chuyên d ụng Chủ nhi ệm: Mai Xuân S ỹ

57



- Chế t ạo các mạch chức n ăng và đo ki ểm tra đánh giá các mạch chức năng. - Lắ p ráp cơ khí vỏ hộ p và các cụm cơ khí của máy. - Lắ p ghép các khối mạch chức năng kiểm tra đánh giá tính năng k ỹ thuật đạt đượ c sau lắ p ghép. - Lắ p ráp tổng thể máy, đo và kiểm tra toàn bộ máy sau khi lắ p ráp. - Cho máy chạy dài ngày trong phòng thí nghiệm. - Nêu các quy trình vận hành máy r ửa cho một số dụng cụ cần r ửa vớ i việc sử dụng đúng thành phần, phần tr ăm hóa chất tẩy r ửa, cũng như nhiệt độ làm việc của bể r ửa. - Quy trình đo kiểm tra đánh giá chất lượ ng máy thông qua xác định các thông số k ỹ thuật đã đề ra. b. Chọn lự a vật tư , vật liệu, hóa chất đủ số lượ ng, theo yêu cầu k ỹ thuật. Ở đây cần đưa ra: • Số lượ ng, chủng loại, kích thướ c bể r ửa. • Vật tư, vật liệu cho cơ khí gá lắ p và cơ khí vở hộ p máy. • Nguồn công suất của máy, tần số làm việc và bộ khuếch đại công suất của bộ kích hoạt siêu âm. • Các chế độ điều khiển và vật tư, vật liệu cho bộ điều khiển. • Xác định tr ở kháng của máy. c. Thiết k ế và gia công ch ế tạo các mạch chứ c năng. - Lắ p ráp thử trên panel. - Sắ p xế p linh kiện, chế tạo mạch in. - Hàn linh kiện và đo kiểm tra mạch chức năng. - Đo kiểm tra các mạch chế thử. d Lắp ráp theo cụm, theo khối và kiểm tra. Đây là bướ c lắ p ráp quan tr ọng cần phải thử trong phòng thí nghiệm, sau đó đo kiểm tra – nếu không đạt đượ c các thông số k ỹ thuật, cần đưa ra đượ c nguyên nhân không đạt – phải hỏi ý kiến trên vớ i bộ phận thiết k ế mạch. e Cải tiến và hoàn thiện khâu chế thử các khối mạch. Thực hiện hoàn thiện chế thử theo thiết k ế mớ i đã đượ c phản hồi ý kiến từ công đoạn chế thử nêu ở mục 4. Phòng thi ết b ị đ iệ n t ử chuyên d ụng Chủ nhi ệm: Mai Xuân S ỹ

58



e. Lắp ráp hoàn thiện chế thử máy lần I

Các khối, cụm mạch sau khi đã hoàn thiện chế thử đượ c lắ p ráp lại vớ i nhau tạo ra máy chế thử. Cho máy hoạt động ở chế độ tải yếu để đánh giá tính hoạt động ổn định của máy. Nếu trong quá trình chạy thử phát hiện có vấn đề - lỗi trên cần đượ c phân tích và phản hồi về bộ phận thiết k ế - các bướ c tiế p theo đượ c thực hiện trình tự như mục 3. f. Hoàn thiện chế thử và thử nghiệm chạy máy dài ngày và ch ạy thử ứ ng dụng trong phòng thí nghiệm Đây là bướ c cuối cùng trong công đoạn nghiên cứu chế thử. Trong một số tr ườ ng hợ p, ngoài việc thực hiện chạy máy dài ngày trong phòng thí nghiệm nhằm mục đích đánh giá tính ổn định, tuổi thọ của vật tư, linh kiện và tuổi thị của thiết bị, chúng ta còn thử nghiệm ở điều ki ện môi tr ườ ng khắc nghiệt và ở chế độ phải gấ p đôi so vớ i thực tế đối vớ i thiết bị quân sự. Đối vớ i thiết bị y tế, trong một số tr ườ ng hợ p phải tính đến số giờ chạy máy.


59



Dướ i đây là lượ c đồ quy trình công nghệ chế tạo thiết bị trong phòng thí nghiệm. Tính toán thiết k ế k ết cấu, cấu tạo, sơ đồ nguyên lý máy.

Đặt các yêu cầu k ỹ thuật cho việc thiết k ế, chọn lựa vật tư, linh kiện.

Thiết k ế k ết cấu, cấu trúc cơ khí máy.

Thiết k ế các khối chức năng của máy

Sắ p xế p trình tự các bướ c, thao tác vận hành máy.

Thiết k ế, chế thử các khối mạch r ời r ạc. Không đạt

Không đạt

Không

đạt Chạy thử, đo kiểm tra trong phòng thí nghiệm

Đạt

Lắ p ráp chế thử máy

Đạt

Hoàn thiện chế thử máy.

Chạy thử, đo kiểm tra.

Lắ p ráp cụm mạch chức năng.

Thử nghiệm, chạy máy dài ngày và th ử nghiệm ứng dụng.

Đạt

Chạy thử, đo, kiểm tra.

Đo kiểm tra và đánh giá toàn bộ.

X. Tính năng k ỹ thuật của máy:

Dướ i đây là sản phẩm k ết quả:  Thể tích bể: 10 lit.  Nguồn nuôi: 220V/50Hz.  Tần số siêu âm: 42kHz.  Công suất điện: 180W.  Công tắc đặt thờ i gian: 60 phút. Phòng thi ết b ị đ iệ n t ử chuyên d ụng Chủ nhi ệm: Mai Xuân S ỹ

60



C. K ết luận và kiến nghị: 1. K ết luận: • Đề tài đã hoàn thành tất tốt tất cả các nội dung, mục tiêu của đề tài.

Đã chế tạo thành công một thiết bị hoạt động tốt, ổn định. • Đã ứng dụng thiết bị vào việc r ửa ở một cơ sở y tế. •

2. Ki ến ngh ị :

L ĩ nh vực làm sạch các dụng cụ, chi tiết máy có độ sạch cao bằng công nghệ r ửa siêu âm có ý ngh ĩ a r ất lớ n trong công nghiệ p, y tế, sinh học, hoá dầu v.v…vì vậy cho phép đề tài đượ c triển khai, nghiên cứu ứng dụng, chế tạo nhiều thiết bị có công suất và tần số khác nhau ứng dụng r ửa các chi tiết và dụng cụ trong y tế cũng như trong công nghiệ p và an ninh quốc phòng nhằm phục vụ cho chủ tr ươ ng hiện đại hoá, công nghiệ p hoá của nướ c nhà. Chúng tôi xin chân thành cảm ơ n sự hợ p tác nhiệt tình của một số cán bộ và lãnh đạo Viện y học hàng không đã tận tình giúp đỡ chúng tôi trong công tác nghiên cứu. Chúng tôi xin chân thành cảm ơ n lãnh đạo Trung tâm, lãnh đạo Viện, lãnh đạo tất cả các cơ quan tr ức năng của Bộ đã ủng hộ và tạo mọi điều kiện tốt nhất để đề tài hoàn thành tốt nhiệm vụ. Phòng thi ết b ị đ iệ n t ử chuyên d ụng Chủ nhi ệm: Mai Xuân S ỹ

61


Thiet Ke Mach Sieu Am

Recommend Documents