Dải tần số ứng với siêu âm và một số dải ứng dụng

Siêu âm là âm thanh có tần số cao hơn tần số tối đa mà tai người nghe thấy được. Tần số tối đa này tùy vào từng người, nhưng thông thường nó vào cỡ 20000 Hz.

Siêu âm có thể lan truyền trong nhiều môi trường tương tự như môi trường lan truyền của âm thanh, như không khí, các chất lỏng và rắn, và với tốc độ bằng tốc độ âm thanh. Do cùng tốc độ lan truyền, trong khi có tần số cao hơn, bước sóng của siêu âm ngắn hơn bước sóng của âm thanh. Nhờ bước sóng ngắn, độ phân giải của ảnh chụp siêu âm thường đủ để phân biệt các vật thể ở kích thước cỡ centimét hoặc milimét. Do đó siêu âm được ứng dụng trong chẩn đoán hình ảnh y khoa (siêu âm y khoa) hoặc chụp ảnh bên trong các cấu trúc cơ khí trong kiểm tra không phá hủy. Nhờ khả năng không bị nhận biết được bởi người, sóng siêu âm còn được dùng trong các ứng dụng quan trắc khác, như để đo khoảng cách hay vận tốc. Ngoài ra còn có nhiều ứng dụng siêu âm khác như làm sạch bằng siêu âm, hàn siêu âm, tách chiết sử dụng sóng siêu âm,…

Tuy nhiên, trong phạm vi bài viết này chúng ta sẽ bàn về thiết bị đầu phát siêu âm dạng ống và ứng dụng của nó trong việc làm sạch.

Nguyên lý làm sạch bằng sóng siêu âm

Theo đà phát triển của kỹ thuật, việc tẩy rửa các chi tiết chính xác nhỏ bé ngày càng quan trọng. Bằng sức người thì vừa tốn thời gian, vừa tốn sức, lại không thể sạch hoàn toàn, nhất là đối với những chi tiết phức tạp, nhiều lỗ, rãnh… Nhưng nhờ sóng siêu âm, mọi chuyện trở nên dễ dàng. Với thiết bị máy làm sạch bằng sóng siêu âm đã mang lại nhiều sự tiện dụng và hiệu quả cao trong việc làm sạch với người dùng.

Với máy làm sạch bằng sóng siêu âm bạn chỉ cần nhúng những chi tiết cần phải làm sạch vào bể chứa dung dịch rửa (như nước xà phòng, xăng…) sau đó đưa sóng siêu âm vào dung dịch rửa, chỉ trong chốc lát các chi tiết đã sạch sẽ. Vì sao sóng siêu âm làm được việc đó? Vốn là dưới tác dụng của sóng siêu âm, dung dịch rửa lúc thì bị ép lại đặc hơn, lúc thì bị dãn ra loãng hơn. Do dung dịch chịu không nổi lực kéo nên khi bị kéo ra loãng hơn đã tạo thành những chỗ trống, sinh ra rất nhiều bọt không khí nhỏ. Những bọt này trong chớp mắt sẽ vỡ tan ra. Quá trình vỡ bọt sinh ra những luồng sóng xung kích nhỏ rất mạnh, được gọi là “hiện tượng tạo chân không”.

Do tần số của sóng siêu âm rất cao, những bọt không khí nhỏ luân phiên xuất hiện, mất đi vô cùng nhanh chóng. Sóng xung kích mà chúng sản ra giống như muôn nghìn chiếc “chổi nhỏ” vô hình rất nhanh và rất mạnh lan tới, chải quét mọi xó xỉnh của chi tiết. Vì thế, khi tẩy rửa đồng hồ đeo tay, nếu làm thủ công thì bạn phải tháo rời từng bộ phận, hiệu suất rất thấp, nhưng nếu rửa bằng sóng siêu âm thì chỉ cần nhúng toàn bộ phần máy vào trong xăng, mấy phút sau bạn đã có chiếc đồng hồ như mới! Quả thật máy làm sạch bằng sóng siêu âm đã giúp người dùng rất nhiều trọng việc tẩy rửa.

Đầu Phát Siêu Âm dạng ống đặc

Đầu phát siêu âm (Ultrasonic transducer) là loại transducer (máy biến năng) sử dụng năng lượng điện để tạo sóng siêu âm công suất lớn, ứng dụng trong làm sạch công nghiệp. Những thiết bị sử dụng Ultrasonic transducer thường gặp là bể rửa siêu âm (rửa chi tiết máy, dụng cụ y tế, mạch điện tử), máy súc rửa và kiểm tra kim phun nhiên liệu động cơ…

Máy làm sạch bằng sóng siêu âm hay các thiết bị sử dụng công nghệ sóng siêu âm đều bao gồm bốn thành phần cơ bản là đầu khuếch đại sóng siêu âm, bộ phát nguồn, bể chứa và các chất lỏng làm sạch. Hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống phụ thuộc vào việc thiết kế và xây dựng các đầu khuếch đại sóng siêu âm và bộ phát nguồn. Hiệu quả tổng thể của việc làm sạch phụ thuộc vào chất lỏng làm sạch. Kích thước của bể chứa phụ thuộc vào kích thước của các bộ phận tính làm sạch. Số lượng các đầu khuếch đại sóng siêu âm và bộ phát nguồn được xác định bởi kích thước bể. Việc lựa chọn các giải pháp làm sạch phụ thuộc vào các bộ phận được làm sạch và chất bẩn cần loại bỏ.

Đầu phát siêu âm truyền thống thường được gắn trên bề mặt, và gửi sóng siêu âm theo một hướng nhất định. Tuy biện pháp này có hiệu quả, nhưng sẽ có nhiều “điểm chết” trong bể chứa, nơi hoạt động làm sạch siêu âm không phát huy tác dụng. Dòng đầu phát siêu âm dạng ống sẽ giải quyết vấn đề này.

Đầu phát siêu âm dạng ống được thiết kế để các yếu tố tạo ra rung động siêu âm hoạt động theo thể hình trụ, loại ống. Thiết kế này cho phép hệ thống tạo ra sóng siêu âm đa chiều, sóng phát ra theo mọi hướng từ nguồn, không chỉ theo một hướng như đầu phát bề mặt truyền thống. Điều đó đồng nghĩa là mọi diện tích bề mặt của vật phẩm bạn đưa vào bể đều được tiếp xúc với hoạt động làm sạch, không có “điểm chết”.

Lợi thế chính của hệ thống đầu phát siêu âm dạng ống là khả năng tạo ra sóng khắp bể. Nhưng lợi thế không dừng lại ở đó. Hệ thống thanh siêu âm đặc biệt phù hợp với một số vật phẩm khó làm sạch. Và vì các đặc tính xuyên tâm độc đáo của chúng, đầu phát siêu âm dạng ống, đặc biệt thích hợp cho các ứng dụng đòi hỏi mức độ phá vỡ cấu trúc, chẳng hạn như trong xử lý nước thải.

Ngoài ứng dụng làm sạch, đầu phát siêu âm dạng ống đặc còn có thể ứng dụng cả trong các ngành công nghiệp khác như:

• Chiết xuất organic trong công nghệ sinh học.
• làm sạch các thiết bị nghiên cứu.
• Tách, chiết, đồng chất trong nghiên cứu hoá học.
• Chiết xuất phân tử nano trong ngành thực phẩm.
• Tách và cấu thành graphen.