Teknikat e zhvillimit

Si përhapet ultratingulli nga emetuesi. Çfarë është ultratingulli dhe si përdoret në industri. Zbatimi praktik i dridhjeve ultrasonike me energji të ulët

Dmitry Levkin

Ultratinguj- dridhjet mekanike të vendosura mbi diapazonin e frekuencës që dëgjohet nga veshi i njeriut (zakonisht 20 kHz). Dridhjet tejzanor udhëtojnë në një formë vale, të ngjashme me përhapjen e dritës. Megjithatë, ndryshe nga valët e dritës, të cilat mund të udhëtojnë në vakum, ultratingulli kërkon një medium elastik si gaz, lëng ose i ngurtë.

, (3)

Për valët tërthore, përcaktohet nga formula

Shpërndarja e zërit- varësia e shpejtësisë fazore të valëve zanore monokromatike nga frekuenca e tyre. Shpërndarja e shpejtësisë së zërit mund të shkaktohet si vetitë fizike mjedisi, dhe prania e përfshirjeve të huaja në të dhe prania e kufijve të trupit në të cilin përhapet vala e zërit.

Varietetet e valëve tejzanor

Shumica e metodave të ultrazërit përdorin valë gjatësore ose prerëse. Ekzistojnë gjithashtu forma të tjera të përhapjes me ultratinguj, duke përfshirë valët sipërfaqësore dhe valët e Qengjit.

Valët tejzanore gjatësore- valët, drejtimi i përhapjes së të cilave përkon me drejtimin e zhvendosjeve dhe shpejtësive të grimcave të mediumit.

Valët e tërthorta tejzanor- valët që përhapen në drejtim pingul me rrafshin në të cilin shtrihen drejtimet e zhvendosjeve dhe shpejtësitë e grimcave të trupit, njësoj si valët prerëse.

Valët ultrasonike sipërfaqësore (Rayleigh). kanë një lëvizje eliptike të grimcave dhe përhapen mbi sipërfaqen e materialit. Shpejtësia e tyre është afërsisht 90% e shpejtësisë së përhapjes së valës prerëse dhe depërtimi i tyre thellë në material është afërsisht i barabartë me një gjatësi vale.

Vala e qengjit- një valë elastike që përhapet në një pllakë (shtresë) të ngurtë me kufij të lirë, në të cilën zhvendosja vibruese e grimcave ndodh si në drejtim të përhapjes së valës ashtu edhe pingul me rrafshin e pllakës. Valët e qengjit janë një nga llojet e valëve normale në një valëdhënës elastik - në një pjatë me kufij të lirë. Sepse këto valë duhet të plotësojnë jo vetëm ekuacionet e teorisë së elasticitetit, por edhe kushtet kufitare në sipërfaqen e pllakës, modeli i lëvizjes në to dhe vetitë e tyre janë më komplekse se ato të valëve në trupat e pakufishëm.

Vizualizimi i valëve tejzanor

Për një valë udhëtimi sinusoidale të rrafshët, intensiteti i ultrazërit I përcaktohet nga formula

, (5)

V valë sferike udhëtuese intensiteti i ultrazërit është në përpjesëtim të zhdrejtë me katrorin e distancës nga burimi. V valë në këmbë I = 0, domethënë, mesatarisht nuk ka rrjedhje të energjisë së zërit. Intensiteti i ultrazërit në aeroplan harmonik valë udhëtuese e barabartë me densitetin e energjisë së valës së zërit shumëfishin e shpejtësisë së zërit. Rrjedha e energjisë së zërit karakterizohet nga të ashtuquajturat nga vektori Umov- vektori i densitetit të fluksit të energjisë të valës së zërit, i cili mund të përfaqësohet si produkt i intensitetit të ultrazërit nga vektori normal i valës, d.m.th., vektori njësi pingul me pjesën e përparme të valës. Nëse fusha e zërit është një mbivendosje e valëve harmonike të frekuencave të ndryshme, atëherë për vektorin e densitetit mesatar të fluksit të energjisë së zërit, bëhet aditiviteti i përbërësve.

Për emetuesit që krijojnë një valë të rrafshët, ata flasin për intensiteti i rrezatimit kuptuar me këtë fuqia specifike e emetuesit, d.m.th. fuqia e zërit të rrezatuar për njësi të sipërfaqes së sipërfaqes rrezatuese.

Intensiteti i zërit matet në njësi SI në W / m2. Në teknologjinë e ultrazërit, diapazoni i ndryshimeve në intensitetin e ultrazërit është shumë i madh - nga vlerat e pragut prej ~ 10 -12 W / m 2 në qindra kW / m 2 në fokusin e përqendruesve tejzanor.

Tabela 1 - Vetitë e disa materialeve të zakonshme

Materiali	Dendësia, kg / m 3	Shpejtësia e valës gjatësore, m/s	Shpejtësia e valës prerëse, m/s	, 10 3 kg / (m 2 * s)
Akrilik	1180	2670	-	3,15
Ajri	0,1	330	-	0,00033
Alumini	2700	6320	3130	17,064
Tunxh	8100	4430	2120	35,883
Bakri	8900	4700	2260	41,830
Xhami	3600	4260	2560	15,336
Nikel	8800	5630	2960	49,544
Poliamid (najloni)	1100	2620	1080	2,882
Çeliku (aliazh i ulët)	7850	5940	3250	46,629
Titanium	4540	6230	3180	26,284
Tungsteni	19100	5460	2620	104,286
Ujë (293 K)	1000	1480	-	1,480

Zbutja e ultrazërit

Një nga karakteristikat kryesore të ultrazërit është dobësimi i tij. Zbutja e ultrazëritËshtë një rënie e amplitudës dhe, rrjedhimisht, e valës së zërit ndërsa përhapet. Zbutja e ultrazërit ndodh për një sërë arsyesh. Ato kryesore janë:

E para nga këto arsye lidhet me faktin se ndërsa vala përhapet nga një pikë ose burim sferik, energjia e emetuar nga burimi shpërndahet në sipërfaqen në rritje të frontit të valës dhe, në përputhje me rrethanat, fluksi i energjisë përmes sipërfaqes së njësisë zvogëlohet. , dmth ... Për një valë sferike, sipërfaqja e valës së së cilës rritet me një distancë r nga burimi sa r 2, amplituda e valës zvogëlohet proporcionalisht, dhe për një valë cilindrike, proporcionalisht.

Faktori i amortizimit shprehet ose në decibel për metër (dB / m) ose në neper për metër (Np / m).

Për një valë të rrafshët, koeficienti i dobësimit në amplitudë me distancën përcaktohet nga formula

, (6)

Përcaktohet koeficienti i dobësimit kundrejt kohës

, (7)

Për të matur koeficientin, në këtë rast përdoret gjithashtu njësia dB / m

, (8)

Një decibel (dB) është një njësi logaritmike për matjen e raportit të energjive ose fuqive në akustikë.

, (9)

ku A 1 është amplituda e sinjalit të parë,
A 2 - amplituda e sinjalit të dytë

Atëherë marrëdhënia midis njësive matëse (dB / m) dhe (1 / m) do të jetë:

Reflektimi i ultrazërit nga ndërfaqja

Kur një valë zanore godet ndërfaqen midis medias, një pjesë e energjisë do të reflektohet në mediumin e parë dhe pjesa tjetër e energjisë do të kalojë në mediumin e dytë. Raporti ndërmjet energjisë së reflektuar dhe energjisë që kalon në mjedisin e dytë përcaktohet nga impedancat valore të mediumit të parë dhe të dytë. Në mungesë të shpërndarjes së shpejtësisë së zërit impedanca e valës nuk varet nga forma e valës dhe shprehet me formulën:

Koeficientët e reflektimit dhe transmetimit do të përcaktohen si më poshtë

ku D është koeficienti i transmetimit të presionit të zërit

Duhet të theksohet gjithashtu se nëse mediumi i dytë është akustikisht më i butë, d.m.th. Z 1> Z 2, pastaj me reflektim faza e valës ndryshon me 180˚.

Transmetimi i energjisë nga një medium në tjetrin përcaktohet nga raporti i intensitetit të valës që kalon në mjedisin e dytë me intensitetin e valës rënëse.

, (14)

Ndërhyrja dhe difraksioni i valëve ultrasonike

Ndërhyrje zanore- jo uniformiteti i shpërndarjes hapësinore të amplitudës së valës së zërit që rezulton, në varësi të marrëdhënies midis fazave të valëve, të shtuara në një pikë ose në një tjetër në hapësirë. Kur shtohen valë harmonike të së njëjtës frekuencë, shpërndarja hapësinore që rezulton e amplitudave formon një model interference të pavarur nga koha, e cila korrespondon me një ndryshim në diferencën fazore të valëve përbërëse kur kalon nga një pikë në tjetrën. Për dy valë ndërhyrëse, ky model në aeroplan ka formën e brezave të alternuar të amplifikimit dhe zbutjes së amplitudës së sasisë që karakterizon fushën e zërit (për shembull, presioni i zërit). Për dy valë të rrafshët, shiritat janë drejtvizor me amplitudë që ndryshon nëpër shirita sipas ndryshimit në ndryshimin e fazës. Një rast i rëndësishëm i veçantë i ndërhyrjes është shtimi i një vale të rrafshët me reflektimin e saj nga një kufi i rrafshët; në këtë rast, formohet një valë në këmbë me rrafshet e nyjeve dhe antinyjeve të vendosura paralelisht me kufirin.

Difraksioni i zërit- devijimi i sjelljes së zërit nga ligjet e akustikës gjeometrike, për shkak të natyrës valore të zërit. Rezultati i difraksionit të tingullit është divergjenca e rrezeve tejzanor kur largohen nga emetuesi ose pas kalimit nëpër një vrimë në ekran, lakimi i valëve të zërit në zonën e hijes pas pengesave që janë të mëdha në krahasim me gjatësinë e valës, mungesën e një hije pas pengesave që janë të vogla në krahasim me gjatësinë valore, etj. n. Fushat zanore të krijuara nga difraksioni i valës fillestare nga pengesat e vendosura në mjedis, nga johomogjenitetet e vetë mediumit, si dhe nga parregullsitë dhe johomogjenitetet e kufijve të mediumi, quhen fusha të shpërndara. Për objektet në të cilat ndodh difraksioni i zërit, i madh në krahasim me gjatësinë e valës, shkalla e devijimeve nga modeli gjeometrik varet nga vlera e parametrit të valës

, (15)

ku D është diametri i objektit (për shembull, diametri i një emetuesi ose pengese tejzanor),
r - largësia e pikës së vëzhgimit nga ky objekt

Emituesit e ultrazërit

Emituesit e ultrazërit- pajisje të përdorura për të ngacmuar dridhjet dhe valët tejzanor në media të gazta, të lëngshme dhe të ngurta. Emituesit e ultrazërit konvertojnë energjinë e çdo lloji tjetër në energji.

Më të përdorurat si emetues të ultrazërit janë dhënës elektroakustikë... Në shumicën dërrmuese të emetuesve të ultrazërit të këtij lloji, përkatësisht në dhënës piezoelektrikë , dhënës magnetostrictive, emetuesit elektrodinamikë, emetuesit elektromagnetikë dhe elektrostatikë, energjia elektrike shndërrohet në energji vibrimi të çdo trupi të ngurtë (pllakë lëshuese, shufër, diafragmë etj.), i cili lëshon valë akustike në mjedis. Të gjithë këta transduktorë janë, si rregull, linearë dhe, për rrjedhojë, lëkundjet e sistemit rrezatues riprodhojnë në formë sinjalin elektrik emocionues; vetëm në amplituda shumë të larta të lëkundjeve pranë kufirit të sipërm të diapazonit dinamik të emetuesit të ultrazërit mund të ndodhin shtrembërime jolineare.

Në konvertuesit e krijuar për të lëshuar një valë monokromatike, fenomeni përdoret rezonancë: ato veprojnë në një nga lëkundjet natyrore të një sistemi oscilues mekanik, në frekuencën e të cilit është akorduar gjeneratori i lëkundjeve elektrike, i cili ngacmon konvertuesin. Transduktorët elektroakustikë që nuk kanë një sistem emetues në gjendje të ngurtë përdoren relativisht rrallë si emetues të ultrazërit; këto përfshijnë, për shembull, emetuesit e ultrazërit të bazuar në një shkarkesë elektrike në një lëng ose në elektrostrikcionin e një lëngu.

Karakteristikat e transduktorit të ultrazërit

Karakteristikat kryesore të emetuesve të ultrazërit janë të tyre spektri i frekuencës emetuar fuqia e zërit, drejtimi i rrezatimit... Në rastin e rrezatimit me monofrekuencë, karakteristikat kryesore janë frekuenca e funksionimit emetuesi i ultrazërit dhe i tij brezi i frekuencës, kufijtë e së cilës përcaktohen nga rënia e fuqisë së rrezatimit me dy herë në krahasim me vlerën e saj në frekuencën e rrezatimit maksimal. Për transduktorët elektroakustikë rezonantë, frekuenca e funksionimit është frekuencë natyrore f 0 të konvertuesit, dhe Gjerësia e vijësΔf përcaktohet nga ajo faktor cilësor P.

Emituesit e ultrazërit (transduktorët elektro-akustikë) karakterizohen nga ndjeshmëria, efikasiteti elektro-akustik dhe impedanca e tyre elektrike.

Ndjeshmëria e transduktorit të ultrazërit- raporti i presionit të zërit në maksimum të karakteristikës së drejtimit në një distancë të caktuar nga emetuesi (më shpesh në një distancë prej 1 m) me tensionin elektrik në të ose me rrymën që rrjedh në të. Kjo karakteristikë vlen për emetuesit e ultrazërit të përdorur në alarmet zanore, sistemet sonare dhe pajisje të tjera të ngjashme. Për emetuesit për qëllime teknologjike, të përdorura, për shembull, në pastrimin me ultratinguj, koagulimin, ekspozimin ndaj proceseve kimike, karakteristika kryesore është fuqia. Së bashku me fuqinë totale të rrezatimit, të vlerësuar në W, karakterizohen emetuesit e ultrazërit fuqi specifike, domethënë fuqia mesatare për njësi të sipërfaqes së emetimit ose intensiteti mesatar i rrezatimit në fushën e afërt, i vlerësuar në W / m 2.

Efikasiteti i transduktorëve elektroakustikë që lëshojnë energji akustike në mjedisin e tingullit karakterizohet nga vlera e tyre efikasiteti elektroakustik, që është raporti i fuqisë akustike të emetuar me fuqinë elektrike të konsumuar. Në akustoelektronikë, për të vlerësuar efikasitetin e emetuesve të ultrazërit, përdoret i ashtuquajturi faktor i humbjes elektrike, i cili është i barabartë me raportin (në dB) të fuqisë elektrike ndaj fuqisë akustike. Efikasiteti i instrumenteve tejzanor të përdorur në saldimin me ultratinguj, përpunimin dhe të ngjashme karakterizohet nga i ashtuquajturi faktor i efikasitetit, i cili është raporti i katrorit të amplitudës së zhvendosjes vibruese në skajin e punës të koncentratorit me fuqinë elektrike të konsumuar. nga transduktori. Ndonjëherë koeficienti efektiv i bashkimit elektromekanik përdoret për të karakterizuar konvertimin e energjisë në emetuesit e ultrazërit.

Fusha zanore e emetuesit

Fusha e zërit e transduktorit ndahet në dy zona: zona e afërt dhe zona e largët. Afër zonës kjo është zona pikërisht përpara transduktorit ku amplituda e jehonës kalon nëpër një sërë ngritjesh dhe uljesh. Zona e afërt përfundon në maksimumin e fundit, i cili ndodhet në një distancë N nga transduktori. Dihet se vendndodhja e maksimumit të fundit është fokusi natyror i transduktorit. Zonë e largët kjo është zona prapa N ku presioni i fushës së zërit gradualisht zvogëlohet në zero.

Pozicioni i maksimumit të fundit N në boshtin akustik, nga ana tjetër, varet nga diametri dhe gjatësia e valës dhe për një radiator rrethor të diskut shprehet me formulën

, (17)

Megjithatë, duke qenë se D është zakonisht shumë më i madh, ekuacioni mund të thjeshtohet dhe reduktohet në formë

Karakteristikat e fushës së zërit përcaktohen nga dizajni i transduktorit tejzanor. Rrjedhimisht, përhapja e zërit në zonën në studim dhe ndjeshmëria e sensorit varen nga forma e tij.

Aplikimi i ultrazërit

Aplikimet e ndryshme të ultrazërit, në të cilat përdoren veçoritë e ndryshme të tij, mund të ndahen me kusht në tre drejtime. lidhur me marrjen e informacionit me anë të valëve tejzanor, - me një efekt aktiv në substancë dhe - me përpunimin dhe transmetimin e sinjaleve (drejtimet renditen sipas rendit të formimit të tyre historik). Për çdo aplikim specifik, përdoret ultratingulli i një diapazoni specifik frekuencash.

Nëse në një mjedis të vazhdueshëm - gazra, lëngje ose të ngurta, grimcat e mediumit rezultojnë të nxirren jashtë pozicionit të ekuilibrit, atëherë forcat elastike që veprojnë mbi to nga grimcat e tjera do t'i kthejnë ato në pozicionin e ekuilibrit. Në këtë rast, grimcat do të performojnë lëvizje osciluese... Përhapja e dridhjeve elastike në një mjedis të vazhdueshëm është një proces i ngjashëm me valën.
Quhen dridhje me frekuencë nga njësitë e Herc (Hz) deri në 20 Hertz infrasonike, në një frekuencë nga 20 Hz në 16 ... 20 kHz, lëkundjet krijojnë tinguj të dëgjueshëm. Dridhjet tejzanor korrespondojnë me frekuenca nga 16 ... 20 kHz në 10 8 Hz, dhe lëkundjet me një frekuencë prej më shumë se 10 8 Hz quhen hipertingujt... Figura 1.1 tregon shkallën logaritmike të frekuencës bazuar në shprehjen lg 2 f = 1, 2, 3 ..., n, ku 1, 2, 3 ..., n- numrat oktavë.

Figura 1.1 - Gama e dridhjeve elastike në media materiale

Natyra fizike e dridhjeve elastike është e njëjtë në të gjithë gamën e frekuencës. Për të kuptuar natyrën e dridhjeve elastike, le të shqyrtojmë vetitë e tyre.
Forma valore është forma e ballit valor, d.m.th. një koleksion pikësh me të njëjtën fazë. Lëkundjet e aeroplanit krijojnë një valë zanore të rrafshët, nëse një cilindër shërben si emetues, duke u kontraktuar dhe zgjeruar periodikisht në drejtim të rrezes së tij, atëherë lind një valë cilindrike. Një emetues pikësh, ose një top pulsues, dimensionet e të cilit janë të vogla në krahasim me gjatësinë e valës së emetuar, prodhon një valë sferike.

Valët zanore klasifikohen sipas lloji i valëve : ato mund të jenë gjatësore, tërthore, përkulëse, rrotulluese - në varësi të kushteve të ngacmimit dhe përhapjes. Tek lëngjet dhe gazrat përhapen vetëm valët gjatësore; në trupat e ngurtë mund të ndodhin edhe valë tërthore dhe lloje të tjera të listuara. Në një valë gjatësore, drejtimi i lëkundjeve të grimcave përkon me drejtimin e përhapjes së valës (Figura 1.2, a), vala e prerjes përhapet pingul me drejtimin e lëkundjeve të grimcave (Figura 1.2, b) .

a) lëvizja e grimcave të mediumit gjatë përhapjes së një vale gjatësore; b) lëvizjen e grimcave të mediumit gjatë përhapjes së një vale tërthore.

Figura 1.2 - Lëvizja e grimcave gjatë përhapjes së valës

Çdo valë, si një lëkundje që përhapet në kohë dhe hapësirë, mund të karakterizohet frekuenca , gjatësia valore dhe amplituda (Figura 3). Në këtë rast, gjatësia e valës λ lidhet me frekuencën f përmes shpejtësisë së përhapjes së valës në një material të caktuar c: λ = c / f.

Figura 1.3 - Karakteristikat e procesit oscilues

1.6 Zbatimi praktik i dridhjeve ultrasonike me energji të ulët

Fusha e aplikimit të dridhjeve tejzanor me intensitet të ulët (konvencionalisht deri në 1 W / cm 2) është shumë e gjerë dhe ne do të shqyrtojmë nga ana tjetër disa aplikime kryesore të dridhjeve tejzanor me intensitet të ulët.
1. Pajisjet tejzanor për kontrollin e karakteristikave kimike materiale dhe ambiente të ndryshme. Të gjitha ato bazohen në ndryshimin e shpejtësisë së dridhjeve tejzanor në medium dhe lejojnë:
- të përcaktojë përqendrimin e përzierjeve binare;
- dendësia e tretësirave;
- shkalla e polimerizimit;
- prania në tretësira të papastërtive, flluskave të gazit;
- të përcaktojë shpejtësinë e shfaqjes së reaksioneve kimike;
- përmbajtja e yndyrës në qumësht, krem, salcë kosi;
- dispersioni ne sisteme heterogjene etj.
Rezolucioni i pajisjeve moderne tejzanor është 0,05%, saktësia e matjes së shpejtësisë së përhapjes në mostrat me gjatësi 1 m është 0,5-1 m / s (shpejtësia në metal është më shumë se 5000 m / s). Pothuajse të gjitha matjet kryhen në krahasim me një standard.
2. Instrumente për kontrollin e karakteristikave fizike dhe kimike bazuar në matjen e dobësimit të ultrazërit. Pajisjet e tilla lejojnë matjen e viskozitetit, matjen e densitetit, përbërjes, përmbajtjes së papastërtive, gazeve, etj. Teknikat e përdorura bazohen gjithashtu në metodat e krahasimit.
3. Matësit e rrjedhës tejzanor për lëngjet në tubacione... Veprimi i tyre bazohet gjithashtu në matjen e shpejtësisë së përhapjes së dridhjeve tejzanor përgjatë rrjedhës së lëngut dhe në rrjedhën e sipërme. Krahasimi i dy shpejtësive ju lejon të përcaktoni shkallën e rrjedhës, dhe me një seksion kryq të njohur të tubacionit, shpejtësinë e rrjedhës. Një shembull i një prej matësve të rrjedhës (Nr. 15183 në Regjistrin Shtetëror të Instrumenteve Matëse) është paraqitur në Figurën 1.4.

Figura 1.4 - Matësi i rrjedhës ultrasonike stacionare "AKRON"

Një matës i tillë i rrjedhës mat normën vëllimore të rrjedhës dhe vëllimin (sasinë) totale të lëngjeve që rrjedhin në tubacionet nën presion të sistemeve të furnizimit me ujë, kanalizimeve dhe produkteve të naftës pa lidhje në një tubacion operativ. Parimi i funksionimit të matësit të rrjedhës është të matë diferencën në kohën e tranzitit valë ultrasonike në rrjedhën e poshtme dhe në rrjedhën e sipërme të lëngut të kontrolluar, duke e rillogaritur atë në një normë rrjedhjeje të menjëhershme me integrimin pasues.
Gabimi i instrumentit është 2% e kufirit të sipërm të matjes. Kufijtë e sipërm dhe të poshtëm të matjes vendosen nga operatori. Matësi i rrjedhës përfshin një njësi sensori (përbëhet nga dy sensorë tejzanor dhe një pajisje për lidhjen e tyre në një tub) dhe një njësi elektronike, të lidhur me një kabllo RF deri në 50 m të gjatë (10 m si standard). Sensorët janë instaluar në një seksion të drejtë të tubacionit në sipërfaqen e jashtme, pa papastërti, bojë dhe ndryshk. Kushti për instalimin e saktë të sensorëve është prania e një seksioni të drejtë të tubit me të paktën 10 diametra tubash - përpara dhe 5 diametra - pas sensorëve.
4. Treguesit e nivelit
Parimi i funksionimit bazohet në vendndodhjen e nivelit të materialeve të lëngshme ose me shumicë nga impulset tejzanor që kalojnë përmes një mediumi gazi, dhe në fenomenin e reflektimit të këtyre pulseve nga ndërfaqja "medium i kontrolluar me gaz". Në këtë rast, masa e nivelit është koha e përhapjes së dridhjeve të zërit nga emetuesi në ndërfaqen e kontrolluar midis medias dhe mbrapa te marrësi. Rezultati i matjes shfaqet në një kompjuter personal, ku të gjitha matjet memorizohen, me mundësinë e mëvonshme të shikimit dhe analizimit të tyre, si dhe lidhjen me sistemin e automatizuar të mbledhjes dhe përpunimit të të dhënave. Matësi i nivelit si pjesë e sistemit mund të përfshijë makina shtetërore, pompa dhe pajisje të tjera në një nivel mbi maksimum dhe nën vlerën minimale, gjë që bën të mundur automatizimin e procesit teknologjik. Për më tepër, një dalje aktuale (0,5 mA, 0-20 mA) është formuar për regjistruesit.
Ndërprerësi i nivelit ju lejon të monitoroni temperaturën e mediumit në rezervuarë. Formati kryesor i daljes është distanca nga maja e rezervuarit në sipërfaqen e substancës që përmban. Me kërkesë të klientit, me sigurimin e informacionit të nevojshëm, është e mundur të modifikohet pajisja për shfaqjen e lartësisë, masës ose vëllimit të një lënde në rezervuar.
5. Analizues tejzanor të përbërjes së gazit bazohen në përdorimin e varësisë së shpejtësisë së ultrazërit në një përzierje gazesh nga shpejtësitë në secilin prej gazeve që përbëjnë këtë përzierje.
6. Pajisjet tejzanor të sigurisë bazuar në matjen e parametrave të ndryshëm të fushave tejzanor (amplituda e lëkundjeve kur hapësira midis emetuesit dhe marrësit mbivendoset, ndryshimet në frekuencë kur reflektohen nga një objekt në lëvizje, etj.).
7. Matësit e temperaturës së gazit dhe alarmet e zjarrit bazuar në një ndryshim në shpejtësinë e përhapjes kur ndryshon temperatura e mjedisit ose shfaqet tym.
8. Pajisjet për testimin jo destruktiv me ultratinguj. Testimi jo destruktiv është një nga metodat kryesore teknologjike për të siguruar cilësinë e materialeve dhe produkteve. Më shumë se një produkt nuk duhet të përdoret pa testuar. Mund të kontrolloni duke testuar, por mund të testoni 1-10 artikuj, por nuk mund të kontrolloni 100% të të gjithë artikujve, sepse të kontrollosh - do të thotë të prishësh të gjitha produktet. Prandaj, është e nevojshme të kontrolloni pa e shkatërruar atë.
Një nga më të lirat, më të thjeshtat dhe më të ndjeshmet është metoda tejzanor e testimit jo destruktiv. Përparësitë kryesore ndaj metodave të tjera të testimit jo-shkatërrues janë:

- zbulimi i defekteve të vendosura thellë brenda materialit, i cili u bë i mundur për shkak të aftësisë së përmirësuar të depërtimit. Ekzaminimi me ultratinguj kryhet në një thellësi prej disa metrash. Produkte të ndryshme i nënshtrohen inspektimit, për shembull: shufra të gjata çeliku, stampime rrotulluese, etj .;
- ndjeshmëri e lartë kur zbulohen defekte jashtëzakonisht të vogla me gjatësi disa milimetra;
- përcaktimi i saktë i vendndodhjes së defekteve të brendshme, vlerësimi i madhësisë së tyre, karakteristikat e drejtimit, formës dhe natyrës;
- mjaftueshmëria e aksesit vetëm në njërën nga anët e produktit;
- kontrolli i procesit me mjete elektronike, i cili siguron identifikimin pothuajse të menjëhershëm të defekteve;
- skanim vëllimor, i cili ju lejon të ekzaminoni vëllimin e materialit;
- nuk ka kërkesë për masa paraprake shëndetësore;
- transportueshmëria e pajisjeve.

1.7 Zbatimi praktik i dridhjeve ultrasonike me intensitet të lartë

Sot, proceset kryesore të zbatuara dhe të intensifikuara me ndihmën e vibrimeve ultrasonike me energji të lartë zakonisht ndahen në tre nëngrupe kryesore, në varësi të llojit të mjedisit në të cilin zbatohen (Figura 1.5).

Figura 1.5 - Aplikimi i dridhjeve ultrasonike me energji të lartë

Në varësi të llojit të mjedisit, proceset ndahen në mënyrë konvencionale në procese në materiale të lëngshme, të ngurta dhe termoplastike dhe në mjedise të gazta (ajër). Në seksionet në vijim, proceset dhe pajisjet për intensifikimin e proceseve në materialet e lëngëta, të ngurta dhe termoplastike dhe mjediset e gazta do të shqyrtohen më në detaje.
Më pas, ne do të shqyrtojmë shembuj të teknologjive kryesore të zbatuara duke përdorur dridhje tejzanor me energji të lartë.
1. Përpunim dimensional.

Dridhjet tejzanor përdoren për të përpunuar materiale dhe metale të brishta dhe tepër të forta.
Proceset kryesore teknologjike të intensifikuara nga dridhjet tejzanor janë shpimi, kundërmbytja, filetimi, tërheqja e telit, lustrimi, bluarja, shpimi i vrimave komplekse. Intensifikimi i këtyre proceseve teknologjike ndodh për shkak të imponimit të dridhjeve tejzanor në instrument.
2. Pastrim me ultratinguj.
Sot, ka shumë mënyra për të pastruar sipërfaqet nga ndotës të ndryshëm. Pastrimi me ultratinguj është më i shpejtë, siguron cilësi të lartë dhe lan zonat e vështira për t'u arritur. Kjo siguron zëvendësimin e tretësve shumë toksikë, të ndezshëm dhe të shtrenjtë me ujë të thjeshtë.
Duke përdorur dridhje tejzanor me frekuencë të lartë, karburatorët dhe injektorët e makinave pastrohen në pak minuta.
Arsyeja e përshpejtimit të pastrimit është në kavitacion, një fenomen i veçantë në të cilin në lëng formohen flluskat më të vogla të gazit. Këto flluska shpërthejnë (shpërthejnë) dhe krijojnë rryma të fuqishme uji që lajnë të gjitha papastërtitë. Ky është parimi që lavatriçet dhe lavatriçet e vogla ekzistojnë sot. Karakteristikat e zbatimit të procesit të kavitacionit dhe potenciali i tij do të konsiderohen veçmas. UZ pastron metalet nga pastat lustruese, produktet e petëzuara nga peshore, gurët e çmuar nga vendet e lustrimit. Pastrim pllakash printimi, larje pëlhurash, larje ampulash. Pastrimi i tubacioneve komplekse. Përveç pastrimit, ultratingulli është i aftë të heqë gërvishtjet e vogla, të lustrojë.
Veprimi tejzanor në media të lëngshme shkatërron mikroorganizmat dhe për këtë arsye përdoret gjerësisht në mjekësi dhe mikrobiologji.
Një zbatim tjetër i pastrimit me ultratinguj është gjithashtu i mundur.
- pastrimi i tymit nga grimcat e ngurta në ajër. Për këtë, përdoret gjithashtu ekspozimi tejzanor ndaj mjegullës dhe tymit. Grimcat në fushën tejzanor fillojnë të lëvizin në mënyrë aktive, përplasen dhe ngjiten së bashku dhe depozitohen në mure. Ky fenomen quhet koagulim tejzanor dhe përdoret për të luftuar mjegullën në fusha ajrore, rrugë dhe porte detare.
3. Saldim tejzanor.
Aktualisht, duke përdorur dridhje tejzanor me intensitet të lartë, saldohen materialet termoplastike polimer. Saldimi i tubave të polietilenit, kutive, kanaçeve siguron ngushtësi të shkëlqyeshme. Ndryshe nga metodat e tjera, plastika e kontaminuar, tubat e lëngshëm etj. mund të gatuhen me ultratinguj. Në këtë rast, përmbajtja sterilizohet.
Saldimi me ultratinguj përdoret për të bashkuar fletën ose telin më të hollë në një pjesë metalike. Për më tepër, saldimi me ultratinguj është saldim i ftohtë, pasi shtresa formohet në një temperaturë nën temperaturën e shkrirjes. Kështu bashkohen me saldim alumini, tantal, zirkon, niob, molibden etj.
Aktualisht, saldimi me ultratinguj ka gjetur aplikimin më të madh për proceset e paketimit me shpejtësi të lartë dhe prodhimin e materialeve të paketimit polimer.
4. Saldimi dhe kallajimi
Alumini është bashkuar duke përdorur dridhje tejzanor me frekuencë të lartë. Me ndihmën e ultrazërit është e mundur të kallajoni dhe më pas të bashkoni qeramika dhe qelqi, gjë që më parë ishte e pamundur. Ferritet, saldimi i kristaleve gjysmëpërçues në kutitë e veshura me ar janë realizuar sot duke përdorur teknologjinë ultrasonike.
5. Ekografia në kiminë moderne
Aktualisht, siç vijon nga burimet letrare, është formuar një drejtim i ri në kimi - kimia tejzanor. Duke studiuar transformimet kimike që ndodhin nën veprimin e ultrazërit, shkencëtarët kanë vërtetuar se ultratingulli jo vetëm që përshpejton oksidimin, por në disa raste jep një efekt reduktues. Kështu, hekuri reduktohet nga oksidet dhe kripërat.
Rezultate të mira pozitive janë marrë në intensifikimin e ultrazërit të proceseve kimike-teknologjike të mëposhtme:
- elektrodepozitimi, polimerizimi, depolimerizimi, oksidimi, reduktimi, dispersioni, emulsifikimi, koagulimi i aerosolit, homogjenizimi, impregnimi, shpërbërja, spërkatja, tharja, djegia, rrezitja etj.
Elektrodpozicion - metali i depozituar fiton një strukturë kristalore të imët, poroziteti zvogëlohet. Kështu, kryhet plasimi i bakrit, kallajimi, argjendimi. Procesi është më i shpejtë dhe cilësia e veshjes është më e lartë se në teknologjitë konvencionale.
Marrja e emulsioneve: ujë dhe yndyrë, ujë dhe vajra esencialë, ujë dhe merkur. Barriera e mospërzierjes kapërcehet me anë të ultrazërit.
Polimerizimi (kombinimi i molekulave në një) - shkalla e polimerizimit rregullohet nga frekuenca e ultrazërit.
Dispersion - marrja e pigmenteve superfinale për të marrë ngjyra.
Tharje - substanca biologjikisht aktive pa ngrohje. Në industrinë ushqimore, farmaceutike.
Spërkatja e lëngjeve dhe shkrirja. Intensifikimi i proceseve në tharëset me spërkatje. Marrja e pluhurit metalik nga shkrirja. Këto pajisje spërkatës eliminojnë pjesët rrotulluese dhe fërkuese.
Ultratingulli rrit efikasitetin e djegies me 20 herë karburantet e lëngëta dhe të ngurta.
Impregnimi. Lëngu kalon qindra herë më shpejt nëpër kapilarët e materialit të ngopur. Përdoret në prodhimin e materialit për çati, traversave, pllakave të çimentos, tekstolitit, getinax, impregnimit të drurit me rrëshira të modifikuara.
6. Ekografia në metalurgji.
- Dihet se metalet gjatë shkrirjes thithin gazrat e aluminit dhe lidhjeve të tij. 80% e të gjithë gazrave në metalin e shkrirë janë H2. Kjo çon në një përkeqësim të cilësisë së metalit. Gazrat mund të largohen me anë të ultrazërit, i cili bëri të mundur në vendin tonë krijimin e një cikli të veçantë teknologjik dhe përdorimin e tij gjerësisht në prodhimin e metaleve.
- Ultratingulli stimulon ngurtësimin e metaleve
- Në metalurgjinë e pluhurit, ekografia nxit ngjitjen e grimcave të materialit të prodhuar. Kjo eliminon nevojën për vulosje me presion të lartë.
7. UZ në miniera.
Përdorimi i ultrazërit bën të mundur zbatimin e teknologjive të mëposhtme:
- Heqja e parafinës nga muret e puseve të naftës;
- Eliminimi i shpërthimeve të metanit në miniera për shkak të spërkatjes së tij;
- Përfitimi tejzanor i xeheve (metoda e flotacionit duke përdorur ultratingull).
8. KM në bujqësi.
Dridhjet tejzanor kanë një efekt të dobishëm në farat dhe kokrrat para mbjelljes. Pra, trajtimi i farave të domates para mbjelljes siguron një rritje të numrit të frutave, zvogëlon kohën e pjekjes dhe një rritje të sasisë së vitaminave.
Trajtimi me ultratinguj i farave të pjeprit dhe misrit çon në një rritje të rendimentit me 40%.
Gjatë përpunimit të farave tejzanor, është e mundur të sigurohet dezinfektimi dhe futja e mikroelementeve të nevojshme nga lëngu
9. Industria ushqimore.
Në praktikë, teknologjitë e mëposhtme tashmë janë duke u zbatuar:
- Përpunimi i qumështit për sterilizimin e homogjenizimit;
- Përpunim për të rritur jetëgjatësinë dhe cilësinë e qumështit të ngrirë
- Marrja e qumështit pluhur me cilësi të lartë;
- Marrja e emulsioneve për pjekje;
- Përpunimi i majave me 15% rrit fuqinë e tyre fermentuese;
- Marrja e substancave aromatike, pure patatesh, nxjerrja e yndyrës nga mëlçia;
- Alokimi i gurit;
- Nxjerrja e lëndëve të para bimore dhe shtazore;
- Prodhimi i parfumit (6 ... 8 orë në vend të një viti).
10. Ekografia në biologji.
- Doza të mëdha të ultrazërit vrasin mikroorganizmat (stafilokokët, streptokokët, viruset);
- Intensitetet e ulëta të ekspozimit tejzanor nxisin rritjen e kolonive të mikroorganizmave;
11. Ndikimi tek një person.
Ekspozimi tejzanor me një intensitet deri në 0,1 ... 0,4 W / cm ka një efekt terapeutik. Në Amerikë, ekspozimi ndaj një intensiteti deri në 0,8 W / cm konsiderohet të jetë kurues.
12. Në mjekësi.
Bisturitë tejzanor, aparatet për liposuksion të jashtëm dhe të brendshëm, instrumente laparoskopike, inhalatorë, masazhatorë përdoren gjerësisht dhe mund të trajtojnë sëmundje të ndryshme.
Kursi i mëposhtëm i leksioneve ka për qëllim njohjen paraprake të studentëve, studentëve të diplomuar, inxhinierëve dhe teknologëve të industrive të ndryshme me bazat e teknologjive tejzanor dhe ka për qëllim të japë njohuri themelore mbi teorinë e formimit të dridhjeve tejzanor dhe praktikën e përdorimit të ultrazërit. dridhje me intensitet të lartë.

Me zhvillimin e akustikës në fund të shekullit të 19-të u zbulua ekografia, në të njëjtën kohë filluan studimet e para të ultrazërit, por themelet për aplikimin e saj u hodhën vetëm në të tretën e parë të shekullit të 20-të.

Ultratingulli dhe vetitë e tij

Në natyrë, ultratingulli gjendet si përbërës i shumë zhurmave natyrore: në zhurmën e erës, ujëvarat, shiun, guralecat e detit të rrokullisur nga surfimi, në shkarkimet e rrufesë. Shumë gjitarë, si macet dhe qentë, kanë aftësinë për të perceptuar ultratinguj në një frekuencë deri në 100 kHz, dhe aftësitë e vendndodhjes së lakuriqëve të natës, insekteve të natës dhe kafshëve detare janë të njohura për të gjithë.

Parametrat kryesorë të valës janë gjatësia e valës, frekuenca dhe periudha. Valët tejzanor për nga natyra e tyre nuk ndryshojnë nga valët e diapazonit të dëgjueshëm dhe u binden të njëjtave ligje fizike. Por, ultratingulli ka veçori specifike që kanë përcaktuar aplikimin e tij të gjerë në shkencë dhe teknologji. Këtu janë ato kryesore:

1. Gjatesia valore e vogel. Për intervalin më të ulët tejzanor, gjatësia e valës nuk i kalon disa centimetra në shumicën e mediave. Gjatësia e shkurtër e valës përcakton përhapjen e rrezeve të valëve tejzanor. Në afërsi të emetuesit, ultratingulli përhapet në formën e rrezeve në madhësi afër madhësisë së emituesit. Kur godet një inhomogjenitet në një medium, rrezja tejzanor sillet si një rreze drite, duke përjetuar reflektim, përthyerje, shpërndarje, gjë që bën të mundur formimin e imazheve të zërit në media optikisht të errët duke përdorur efekte thjesht optike (përqendrimi, difraksioni, etj.).
2. Një periudhë e shkurtër lëkundjesh, që bën të mundur emetimin e ultrazërit në formë pulsi dhe kryerjen e një përzgjedhjeje të saktë kohore të sinjaleve përhapëse në mjedis.

Mundësia e marrjes së vlerave të larta të energjisë së dridhjeve në një amplitudë të vogël, meqë energjia e vibrimit është proporcionale me katrorin e frekuencës. Kjo bën të mundur krijimin e rrezeve tejzanor dhe fushave me një nivel të lartë energjie, pa kërkuar pajisje të përmasave të mëdha.

Rryma të rëndësishme akustike zhvillohen në fushën tejzanor. Prandaj, ndikimi i ultrazërit në mjedis gjeneron efekte specifike: fizike, kimike, biologjike dhe mjekësore. Të tilla si kavitacioni, efekti kapilar i zërit, shpërndarja, emulsifikimi, degazimi, dezinfektimi, ngrohja lokale dhe shumë të tjera.

Nevojat e flotës detare të fuqive kryesore - Anglisë dhe Francës, për eksplorimin e thellësive të detit, zgjuan interesimin e shumë shkencëtarëve në fushën e akustikës, tk. është i vetmi lloj sinjali që mund të udhëtojë larg në ujë. Kështu në 1826 shkencëtari francez Colladon përcaktoi shpejtësinë e zërit në ujë. Në 1838, në Shtetet e Bashkuara, tingulli u përdor për herë të parë për të përcaktuar profilin e shtratit të detit me qëllim të vendosjes së një kabllo telegrafi. Rezultatet e eksperimentit ishin zhgënjyese. Zhurma e ziles jepte një jehonë tepër të dobët, pothuajse të padëgjueshme midis tingujve të tjerë të detit. Ishte e nevojshme të shkohej në rajonin e frekuencave më të larta, duke lejuar krijimin e rrezeve të drejtuara të zërit.

Gjeneratori i parë i ultrazërit u krijua në 1883 nga anglezi Francis Galton. Ultratingulli u krijua si një bilbil në tehun e një thike kur fryhet. Rolin e një pike të tillë në bilbilin e Galtonit e luante një cilindër me skaje të mprehta. Ajri ose gazi tjetër që dilte nën presion përmes një gryke unazore me një diametër të njëjtë me skajin e cilindrit u fut në buzë dhe ndodhën dridhje me frekuencë të lartë. Duke i fryrë bilbilit me hidrogjen, u bë e mundur të merreshin dridhje deri në 170 kHz.

Në 1880, Pierre dhe Jacques Curie bënë një zbulim vendimtar për teknologjinë e ultrazërit. Vëllezërit Curie vunë re se kur ushtrohet presion mbi kristalet e kuarcit, krijohet një ngarkesë elektrike që është drejtpërdrejt proporcionale me forcën e aplikuar ndaj kristalit. Ky fenomen u quajt "piezoelektricitet" nga fjala greke që do të thotë "të shtysh". Përveç kësaj, ata demonstruan efektin e kundërt piezoelektrik, i cili u shfaq kur një potencial elektrik me ndryshim të shpejtë u aplikua në kristal, duke shkaktuar lëkundjen e tij. Tani e tutje, është shfaqur mundësia teknike e prodhimit të emetuesve me madhësi të vogël dhe marrësve me ultratinguj.

Vdekja e "Titanic" nga një përplasje me një ajsberg, nevoja për të luftuar armët e reja - nëndetëset kërkonin zhvillimin e shpejtë të hidroakustikës tejzanor. Në 1914, fizikani francez Paul Langevin, së bashku me shkencëtarin e talentuar emigrant rus Konstantin Vasilyevich Shilovsky, zhvilluan për herë të parë një hidrolokator të përbërë nga një emetues ultratingulli dhe një hidrofon - një marrës i dridhjeve tejzanor bazuar në efektin piezoelektrik. Sonar Langevin - Shilovsky, ishte pajisja e parë me ultratinguj zbatohen në praktikë. Në të njëjtën kohë, shkencëtari rus S.Ya.Sokolov zhvilloi themelet e zbulimit të defekteve tejzanor në industri. Në vitin 1937, psikiatri gjerman Karl Dussik, së bashku me vëllain e tij Friedrich, një fizikant, përdorën për herë të parë ultratinguj për të zbuluar tumoret e trurit, por rezultatet që ata morën nuk ishin të besueshme. Në praktikën mjekësore, ultratingulli u përdor për herë të parë vetëm në vitet 1950 në Shtetet e Bashkuara.

Shekulli 21 është shekulli i radio-elektronikës, atomit, pushtimit të hapësirës dhe ultrazërit. Shkenca e ultrazërit është relativisht e re këto ditë. Në fund të shekullit të 19-të, P. N. Lebedev, një shkencëtar-fiziolog rus, kreu studimet e tij të para. Pas kësaj, shumë shkencëtarë të shquar filluan të studiojnë ultratinguj.

Çfarë është ultratingulli?

Ultratingulli është një valë përhapëse që krijohet nga grimcat e mediumit. Ka karakteristikat e veta, të cilat ndryshojnë nga tingujt e diapazonit të dëgjueshëm. Është relativisht e lehtë për të marrë rrezatim të drejtuar në rangun tejzanor. Përveç kësaj, ai fokusohet mirë, dhe si rezultat, rritet intensiteti i dridhjeve të kryera. Kur përhapet në trupa të ngurtë, lëngje dhe gazra, ultrazërit lindin fenomene interesante që kanë gjetur zbatim praktik në shumë fusha të teknologjisë dhe shkencës. Ja çfarë është ultratingulli, roli i të cilit në fusha të ndryshme të jetës sot është shumë i madh.

Roli i ultrazërit në shkencë dhe praktikë

Vitet e fundit, ultratingulli ka filluar të luajë kërkimin shkencor një rol në rritje. Studimet eksperimentale dhe teorike në fushën e rrjedhave akustike dhe kavitacionit tejzanor u kryen me sukses, të cilat i lejuan shkencëtarët të zhvillojnë procese teknologjike që ndodhin kur ekspozohen ndaj faza e lëngshme ultratinguj. Është një metodë e fuqishme për të studiuar një sërë fenomenesh në një fushë të tillë njohurish si fizika. Ultratingulli përdoret, për shembull, në fizikën e gjysmëpërçuesve dhe të gjendjes së ngurtë. Sot, po formohet një zonë e veçantë e kimisë, e cila quhet "kimia tejzanor". Aplikimi i tij ju lejon të shpejtoni shumë procese teknologjike kimike. Lindi gjithashtu akustika molekulare - një degë e re e akustikës, e cila studion ndërveprimin molekular me lëndën.Janë shfaqur fusha të reja të aplikimit të ultrazërit: holografia, introskopia, akustoelektronika, matja e fazës ultrasonike dhe akustika kuantike.

Krahas punës eksperimentale dhe teorike në këtë fushë, sot janë kryer edhe shumë punë praktike. Janë zhvilluar makina speciale dhe universale ultrasonike, instalime që funksionojnë nën presion të shtuar statik etj.. Janë futur në prodhim instalime automatike tejzanor, të përfshira në linjat e prodhimit, të cilat mund të rrisin ndjeshëm produktivitetin e punës.

Më shumë rreth ultrazërit

Le të flasim më në detaje se çfarë është ultratingulli. Ne kemi thënë tashmë se kjo valë elastike dhe ultratinguj është më shumë se 15-20 kHz. Vetitë subjektive të dëgjimit tonë përcaktojnë kufirin e poshtëm të frekuencave tejzanor, i cili e ndan atë nga frekuenca e tingullit të dëgjueshëm. Prandaj, ky kufi është i kushtëzuar dhe secili prej nesh përcakton në mënyra të ndryshme se çfarë është ultratingulli. Kufiri i sipërm tregohet nga valët elastike, natyra e tyre fizike. Ato përhapen vetëm në një mjedis material, domethënë, gjatësia e valës duhet të jetë dukshëm më e madhe se rruga mesatare e lirë e molekulave në gaz ose distancat ndëratomike në trupat e ngurtë dhe të lëngët. Në presion normal në gazra, kufiri i sipërm i frekuencave tejzanor është 10 9 Hz, dhe në trupat e ngurtë dhe lëngjet - 10 12 -10 13 Hz.

Burimet e ultrazërit

Ultratingulli ndodh në natyrë si një përbërës i shumë zhurmave natyrore (ujëvara, era, shiu, guralecat e rrokullisur nga surfimi, si dhe në tingujt që shoqërojnë shkarkimet e stuhive, etj.), dhe si pjesë përbërëse e botës së kafshëve. Disa lloje kafshësh e përdorin atë për orientim në hapësirë, për zbulimin e pengesave. Dihet gjithashtu se delfinët përdorin ultratinguj në natyrë (kryesisht frekuenca nga 80 në 100 kHz). Në këtë rast, fuqia e sinjaleve të radarit të emetuar prej tyre mund të jetë shumë e lartë. Dihet se delfinët janë në gjendje të zbulojnë ata që ndodhen në një distancë deri në një kilometër prej tyre.

Emituesit (burimet) e ultrazërit ndahen në 2 grupe të mëdha. E para janë gjeneratorët në të cilët lëkundjet ngacmohen për shkak të pranisë së pengesave në to, të instaluara në rrugën e një rrjedhje konstante - një avion lëngu ose gazi. Grupi i dytë, në të cilin mund të kombinohen burimet e ultrazërit, janë transduktorët elektroakustikë, të cilët i shndërrojnë lëkundjet e dhëna të rrymës ose tensionit elektrik në lëkundje mekanike të kryera nga një trup i ngurtë, i cili lëshon valë akustike në mjedis.

Marrës me ultratinguj

Në marrës të mesëm dhe me ultratinguj, transduktorët elektro-akustikë janë më shpesh të tipit piezoelektrik. Ata mund të riprodhojnë formën e sinjalit akustik të marrë, të përfaqësuar si varësia kohore e presionit të zërit. Pajisjet mund të jenë ose broadband ose rezonante - në varësi të kushteve të përdorimit për të cilat synohen. Marrësit termikë përdoren për të marrë karakteristikat mesatare të fushës së zërit në kohë. Janë termistorë ose termoçifte të veshura me material që thith zërin. Presioni dhe intensiteti i zërit mund të vlerësohen gjithashtu me metoda optike si difraksioni i dritës me ultratinguj.

Ku përdoret ultratingulli?

Ka shumë fusha të aplikimit të tij, dhe përdoren veçori të ndryshme të ultrazërit. Këto sfera mund të ndahen përafërsisht në tre drejtime. E para prej tyre lidhet me marrjen e informacioneve të ndryshme me anë të valëve ultratinguj. Drejtimi i dytë është ndikimi i tij aktiv në substancë. Dhe e treta lidhet me transmetimin dhe përpunimin e sinjaleve. UZ e një të caktuar përdoret në çdo rast. Ne do të mbulojmë vetëm disa nga shumë fusha në të cilat ai ka gjetur aplikimin e tij.

Pastrimi me ultratinguj

Cilësia e një pastrimi të tillë nuk mund të krahasohet me metoda të tjera. Gjatë shpëlarjes së pjesëve, për shembull, deri në 80% të ndotësve mbeten në sipërfaqen e tyre, rreth 55% - me pastrim me dridhje, rreth 20% - me pastrim manual, dhe me pastrim me ultratinguj, mbetet jo më shumë se 0,5% e ndotjes. Pjesët që kanë një formë komplekse mund të pastrohen mirë vetëm me ultratinguj. Një avantazh i rëndësishëm i përdorimit të tij është produktiviteti i lartë, si dhe kostot e ulëta të punës fizike. Për më tepër, është e mundur zëvendësimi i tretësve organikë të shtrenjtë dhe të ndezshëm me solucione ujore të lira dhe të sigurta, përdorimi i freonit të lëngshëm, etj.

Një problem serioz është ndotja e ajrit me blozë, tym, pluhur, okside metali etj. Mund të përdorni metodën ultrasonike të pastrimit të ajrit dhe gazit në daljet e gazit, pavarësisht nga lagështia dhe temperatura e ambientit. Nëse një emetues me ultratinguj vendoset në një dhomë që vendos pluhurin, efikasiteti i tij do të rritet qindra herë. Cili është thelbi i një pastrimi të tillë? Grimcat e pluhurit që lëvizin rastësisht në ajër godasin njëra-tjetrën më fort dhe më shpesh nën ndikimin e dridhjeve tejzanor. Për më tepër, madhësia e tyre rritet për shkak të faktit se ato bashkohen. Koagulimi është procesi i zmadhimit të grimcave. Filtrat specialë kapin akumulimet e tyre të peshuara dhe të zmadhuara.

Përpunimi mekanik i materialeve të brishta dhe super të forta

Nëse futet midis pjesës së punës dhe sipërfaqes së punës të mjetit duke përdorur ultratinguj, atëherë grimcat gërryese gjatë funksionimit të emetuesit do të veprojnë në sipërfaqen e kësaj pjese. Në të njëjtën kohë, materiali shkatërrohet dhe hiqet, duke iu nënshtruar përpunimit nën ndikimin e shumë mikro-ndikimeve të drejtuara. Kinematika e përpunimit përbëhet nga lëvizja kryesore - prerja, domethënë dridhjet gjatësore të kryera nga mjeti, dhe ndihmëse - lëvizja e ushqimit që kryen aparati.

Ekografia me ultratinguj mund të bëjë punë të ndryshme. Dridhjet gjatësore janë burimi i energjisë për kokrrat gërryese. Ata shkatërrojnë materialin e përpunuar. Lëvizja e ushqimit (ndihmëse) mund të jetë rrethore, tërthore dhe gjatësore. Përpunimi me ultratinguj është shumë i saktë. Në varësi të madhësisë së kokrrës së gërryesit, ai varion nga 50 në 1 mikron. Duke përdorur mjete forma të ndryshme, mund të bëni jo vetëm vrima, por edhe prerje komplekse, sëpata të lakuara, gdhendni, bluajeni, bëni kapa dhe madje shponi një diamant. Materialet që përdoren si gërryes janë korundi, diamanti, rëra kuarci, stralli.

Ultratinguj në elektronikë

Ultratingulli në inxhinieri përdoret shpesh në fushën e elektronikës radio. Në këtë zonë, shpesh është e nevojshme të vonohet një sinjal elektrik në lidhje me një tjetër. Shkencëtarët kanë gjetur një zgjidhje të suksesshme duke propozuar përdorimin e linjave të vonesës tejzanor (shkurtuar si LZ). Veprimi i tyre bazohet në faktin se impulset elektrike shndërrohen në tejzanor.Si ndodh kjo? Fakti është se shpejtësia e ultrazërit është dukshëm më e vogël se ajo që zhvillohet nga lëkundjet elektromagnetike. Impulsi i tensionit pas shndërrimit të kundërt në dridhje mekanike elektrike do të vonohet në daljen e linjës në raport me pulsin e hyrjes.

Transduktorët piezoelektrikë dhe magnetosstriktivë përdoren për të kthyer dridhjet elektrike në mekanike dhe anasjelltas. LZ, përkatësisht, ndahen në piezoelektrike dhe magnetostrictive.

Ultratingulli në mjekësi

Lloje të ndryshme ultratingujsh përdoren për të ndikuar tek organizmat e gjallë. Në praktikën mjekësore, përdorimi i tij tani është shumë i popullarizuar. Ai bazohet në efektet që ndodhin në indet biologjike kur ultratingulli kalon nëpër to. Valët shkaktojnë dridhje të grimcave të mediumit, gjë që krijon një lloj mikromasazhi të indeve. Dhe thithja e ultrazërit çon në ngrohjen e tyre lokale. Në të njëjtën kohë, disa transformime fiziko-kimike ndodhin në mediat biologjike. Këto dukuri në rastin e dëmtimit mesatar të pakthyeshëm nuk shkaktojnë. Ato vetëm përmirësojnë metabolizmin, dhe për këtë arsye kontribuojnë në aktivitetin jetësor të organizmit që i nënshtrohet. Fenomene të tilla përdoren në terapinë me ultratinguj.

Ultratinguj në kirurgji

Kavitacioni dhe ngrohja e fortë me intensitet të lartë çojnë në shkatërrimin e indeve. Ky efekt përdoret sot në kirurgji. Ekografia fokale përdoret për operacione kirurgjikale, e cila lejon shkatërrimin lokal në strukturat më të thella (për shembull, trurin) pa dëmtuar ata që i rrethojnë. Në kirurgji përdoren edhe instrumente tejzanor, në të cilat fundi i punës duket si skedar, bisturi, gjilpërë. Dridhjet e mbivendosura mbi to u japin cilësi të reja këtyre pajisjeve. Përpjekja e kërkuar zvogëlohet ndjeshëm, prandaj, shkalla e dëmtimit të operacionit zvogëlohet. Përveç kësaj, manifestohet një efekt analgjezik dhe hemostatik. Ndikimi me një instrument të hapur duke përdorur ultratinguj përdoret për të shkatërruar disa lloje të neoplazmave që janë shfaqur në trup.

Ndikimi në indet biologjike kryhet për të shkatërruar mikroorganizmat dhe përdoret në sterilizimin e ilaçeve dhe instrumenteve mjekësore.

Ekzaminimi i organeve të brendshme

Në thelb, ne po flasim për studimin e zgavrës së barkut. Për këtë qëllim, një i veçantë mund të përdoret për të gjetur dhe njohur anomali të ndryshme të indeve dhe strukturave anatomike. Detyra shpesh është si më poshtë: ekziston dyshimi për praninë e një formacioni malinj dhe kërkohet dallimi i tij nga një formacion beninj ose infektiv.

Ekografia me ultratinguj është e dobishme për ekzaminimin e mëlçisë dhe për zgjidhjen e problemeve të tjera, të cilat përfshijnë zbulimin e pengesave dhe sëmundjeve të kanaleve biliare, si dhe ekzaminimin e fshikëzës së tëmthit për të zbuluar praninë e gurëve dhe patologjive të tjera në të. Përveç kësaj, mund të aplikohet studimi i cirrozës dhe sëmundjeve të tjera beninje difuze të mëlçisë.

Në fushën e gjinekologjisë, kryesisht në analizën e vezoreve dhe mitrës, përdorimi i ultrazërit ka qenë prej kohësh drejtimi kryesor në të cilin kryhet me sukses të veçantë. Shpesh këtu nevojitet edhe diferencimi i formacioneve beninje dhe malinje, gjë që zakonisht kërkon kontrastin dhe zgjidhjen më të mirë hapësinore. Përfundime të ngjashme mund të jenë të dobishme kur ekzaminohen shumë organe të tjera të brendshme.

Përdorimi i ultrazërit në stomatologji

Ekografia ka gjetur rrugën e saj edhe në stomatologji, ku përdoret për të hequr gurët. Ju lejon të hiqni shpejt, pa gjak dhe pa dhimbje pllakat dhe gurët. Në këtë rast, mukoza e gojës nuk lëndohet, dhe "xhepat" e zgavrës dezinfektohen. Në vend të dhimbjes, pacienti përjeton një ndjesi ngrohtësie.

Ultratinguj

Ultratinguj- dridhje elastike me një frekuencë përtej kufirit të dëgjimit për një person. Frekuencat mbi 18,000 herc zakonisht konsiderohen si diapazoni tejzanor.

Edhe pse ekzistimi i ultrazërit dihet prej kohësh, përdorimi praktik i tij është mjaft i ri. Në ditët e sotme, ekografia përdoret gjerësisht në metoda të ndryshme fizike dhe teknologjike. Pra, sipas shpejtësisë së përhapjes së zërit në një medium, mund të gjykohen karakteristikat e tij fizike. Matjet e shpejtësisë në frekuencat tejzanor bëjnë të mundur, me gabime shumë të vogla, të përcaktohen, për shembull, karakteristikat adiabatike të proceseve të shpejta, vlerat e kapacitetit specifik të nxehtësisë së gazeve dhe konstantet elastike të trupave të ngurtë.

Burimet e ultrazërit

Frekuenca e dridhjeve tejzanor të përdorur në industri dhe biologji është në rangun e disa MHz. Dridhje të tilla zakonisht krijohen duke përdorur transduktorë piezoelektrikë të titanitit të bariumit. Në ato raste kur fuqia e dridhjeve tejzanor ka rëndësi parësore, zakonisht përdoren burime mekanike të ultrazërit. Fillimisht, të gjitha valët tejzanor u morën mekanikisht (pirunët akordues, bilbilat, sirenat).

Në natyrë, valët ultrasonike gjenden si përbërës të shumë zhurmave natyrore (në zhurmën e erës, ujëvarës, shiut, në zhurmën e guralecave të rrokullisur nga surfimi i detit, në tingujt që shoqërojnë shkarkimet e rrufesë etj.), dhe midis tingujt e botës së kafshëve. Disa kafshë përdorin valë ultrasonike për të zbuluar pengesat dhe për të orientuar veten në hapësirë.

Emituesit e ultrazërit mund të ndahen në dy grupe të mëdha. E para përfshin emetuesit-gjeneruesit; dridhjet në to janë të ngacmuara për shkak të pranisë së pengesave në rrugën e një rrjedhe të vazhdueshme - një avion gazi ose lëngu. Grupi i dytë i emetuesve janë transduktorët elektro-akustikë; ato shndërrojnë luhatjet e specifikuara tashmë të një tensioni ose rryme elektrike në një dridhje mekanike të një trupi të ngurtë, i cili lëshon valë akustike në mjedis.

bilbil Galton

Bilbili i parë tejzanor u bë në 1883 nga anglezi Galton. Ekografia krijohet këtu si një tingull me zë të lartë në buzë të një thike kur një rrymë ajri e godet atë. Roli i një maje të tillë në bilbilin Galton luhet nga një "buzë" në një zgavër të vogël cilindrike të rezonancës. Gazi me presion të lartë i kaluar përmes cilindrit të uritur godet këtë buzë; ndodhin dridhje, frekuenca e të cilave (është rreth 170 kHz) përcaktohet nga madhësia e hundës dhe buzës. Fuqia e bilbilit të Galtonit është e ulët. Përdoret kryesisht për të dhënë komanda gjatë stërvitjes së qenve dhe maceve.

Bilbili i lëngshëm tejzanor

Shumica e bilbilave tejzanor mund të përshtaten për të funksionuar në një mjedis të lëngshëm. Krahasuar me burimet elektrike të ultrazërit, bilbilat tejzanor të lëngshëm janë me fuqi të ulët, por ndonjëherë, për shembull, për homogjenizimin tejzanor, ato kanë një avantazh të rëndësishëm. Meqenëse valët tejzanor lindin drejtpërdrejt në një mjedis të lëngshëm, nuk ka humbje të energjisë së valëve tejzanor kur kalojnë nga një medium në tjetrin. Ndoshta më i suksesshmi është dizenjimi i një bilbili tejzanor të lëngshëm, i bërë nga shkencëtarët anglezë Kottel dhe Goodman në fillim të viteve 50 të shekullit XX. Në të, një rrjedhë lëngu me presion të lartë del nga një grykë eliptike dhe drejtohet në një pllakë çeliku. Modifikime të ndryshme të këtij dizajni përdoren gjerësisht për të marrë media homogjene. Për shkak të thjeshtësisë dhe stabilitetit të dizajnit të tyre (vetëm pllaka lëkundëse është shkatërruar) sisteme të tilla janë të qëndrueshme dhe të lira.

Sirenë

Një lloj tjetër i burimeve mekanike të ultrazërit është një sirenë. Ka një fuqi relativisht të lartë dhe përdoret në polici dhe makina zjarrfikëse. Të gjitha sirenat rrotulluese përbëhen nga një dhomë e mbyllur nga lart nga një disk (stator), në të cilin bëhen një numër i madh vrimash. Ka të njëjtin numër vrimash në diskun që rrotullohet brenda dhomës - rotorit. Kur rotori rrotullohet, pozicioni i vrimave në të përkon periodikisht me pozicionin e vrimave në stator. Ajri i kompresuar furnizohet vazhdimisht në dhomë, e cila nxirret prej saj në ato momente të shkurtra kur vrimat në rotor dhe stator përkojnë.

Detyra kryesore në prodhimin e sirenave është, së pari, të bëhen sa më shumë vrima në rotor dhe së dyti, të arrihet një shpejtësi e lartë e rrotullimit të tij. Megjithatë, është shumë e vështirë të përmbushen të dyja këto kërkesa në praktikë.

Ultratinguj në natyrë

Aplikimi i ultrazërit

Përdorimi diagnostik i ultrazërit në mjekësi (ultratinguj)

Për shkak të përhapjes së mirë të ultrazërit në indet e buta të njeriut, padëmshmërisë së tij relative në krahasim me rrezet X dhe lehtësisë së përdorimit në krahasim me imazhet e rezonancës magnetike, ultratingulli përdoret gjerësisht për të vizualizuar gjendjen e organeve të brendshme të njeriut, veçanërisht në zgavrën e barkut. dhe zgavrën e legenit.

Përdorimet terapeutike të ultrazërit në mjekësi

Krahas përdorimit të gjerë për qëllime diagnostikuese (shiko Ultratingulli), ekografia përdoret në mjekësi si një agjent terapeutik.

Ultratingulli ka efektin e:

anti-inflamator, i absorbueshëm
analgjezik, antispazmatik
përmirësimi i kavitacionit të përshkueshmërisë së lëkurës

Fonoforeza është një metodë e kombinuar në të cilën indet veprojnë me ultratinguj dhe substanca medicinale të futura me ndihmën e saj (si medikamentet ashtu edhe me origjinën natyrore). Përçimi i substancave nën veprimin e ultrazërit është për shkak të rritjes së përshkueshmërisë së epidermës dhe gjëndrave të lëkurës, membranave qelizore dhe mureve vaskulare për substancat e vogla. peshë molekulare, veçanërisht - jonet e mineraleve biskofite. Lehtësia e fonoforezës së ilaçeve dhe substancave natyrore:

substanca medicinale nuk shkatërrohet kur jepet me ultratinguj
sinergjia e veprimit të ultrazërit dhe një substance terapeutike

Indikacionet për ultrafonoforezën bischofite: osteoartriti, osteokondroza, artriti, bursiti, epikondiliti, nxitimi i thembrës, gjendjet pas lëndimeve të sistemit muskuloskeletor; Neuriti, neuropatia, radikuliti, nevralgjia, lëndimi i nervit.

Aplikohet xhel Bischofite dhe bëhet mikromasazh i zonës së prekur nga sipërfaqja e punës e emetuesit. Teknika është labile, e zakonshme për fonoforezën (me UVF të kyçeve, shtyllës kurrizore, intensiteti në rajonin e qafës së mitrës është 0,2-0,4 W / cm2, në rajonin e kraharorit dhe mesit - 0,4-0,6 W / cm2).

Prerja e metalit me ultratinguj

Në makinat konvencionale të prerjes së metaleve, nuk mund të shponi një vrimë të ngushtë, komplekse në një pjesë metalike, për shembull, në formën e një ylli me pesë cepa. Me ndihmën e ultrazërit është e mundur, vibrator magnetostrictive mund të shpojë një vrimë të çdo forme. Dalta tejzanor zëvendëson plotësisht makinën e bluarjes. Për më tepër, një daltë e tillë është shumë më e lehtë se një frezë dhe mund të përpunojë pjesët metalike më lirë dhe më shpejt se një frezë.

Mund të përdorni edhe ultratinguj për të bërë fije vidash në pjesë metalike, xhami, rubin ose diamant. Zakonisht, filli bëhet fillimisht në metal të butë, dhe më pas pjesa ngurtësohet. Në një makinë tejzanor, fijet mund të bëhen në metal tashmë të ngurtësuar dhe në lidhjet më të forta. Është e njëjta gjë me pullat. Zakonisht vula ngurtësohet pasi të jetë përfunduar me kujdes. Në një makinë tejzanor, përpunimi më kompleks kryhet nga një gërryes (zmerile, pluhur zmeril) në fushën e një valë tejzanor. Duke u dridhur vazhdimisht në fushën e ultrazërit, grimcat e pluhurit të ngurtë prehen në aliazhin që përpunohet dhe hapin një vrimë të së njëjtës formë si ajo e grimit.

Përgatitja e përzierjeve duke përdorur ultratinguj

Ekografia përdoret gjerësisht për përgatitjen e përzierjeve homogjene (homogjenizim). Në vitin 1927, shkencëtarët amerikanë Limus dhe Wood zbuluan se nëse dy lëngje të papërziershme (për shembull, vaji dhe uji) derdhen në një gotë dhe ekspozohen ndaj ultrazërit, atëherë në gotë formohet një emulsion, domethënë një pezullim i imët vaji në gotë. ujë. Emulsione të tilla luajnë një rol të rëndësishëm në industri: bojra, bojëra, farmaceutikë, kozmetikë.

Përdorimi i ultrazërit në biologji

Aftësia e ultrazërit për të thyer membranat qelizore ka gjetur aplikim në kërkimin biologjik, për shembull, kur është e nevojshme të ndahet qeliza nga enzimat. Ekografia përdoret gjithashtu për të shkatërruar strukturat ndërqelizore si mitokondritë dhe kloroplastet, në mënyrë që të studiohet marrëdhënia midis strukturës dhe funksionit të tyre. Një aplikim tjetër i ultrazërit në biologji lidhet me aftësinë e tij për të nxitur mutacione. Hulumtimet në Oksford kanë treguar se edhe ultratingulli me intensitet të ulët mund të dëmtojë një molekulë të ADN-së. Krijimi i synuar artificialisht i mutacioneve luan një rol të rëndësishëm në mbarështimin e bimëve. Avantazhi kryesor i ultrazërit ndaj mutagjenëve të tjerë (rrezet X, rrezet ultravjollcë) është se është jashtëzakonisht i lehtë për t'u punuar me të.

Përdorimi i ultrazërit për pastrim

Përdorimi i ultrazërit për pastrimin mekanik bazohet në shfaqjen e efekteve të ndryshme jolineare në një lëng nën ndikimin e tij. Këto përfshijnë kavitacionin, rrymat akustike dhe presionin e zërit. Roli kryesor luhet nga kavitacioni. Flluskat e tij, duke u shfaqur dhe duke u rrëzuar pranë ndotjes, i shkatërrojnë ato. Ky efekt njihet si erozioni i kavitacionit... Ekografia e përdorur për këto qëllime ka një frekuencë të ulët dhe fuqi të shtuar.

Në kushte laboratorike dhe prodhimi, banjot tejzanor të mbushura me një tretës (ujë, alkool, etj.) përdoren për të larë pjesë të vogla dhe enët. Ndonjëherë me ndihmën e tyre, edhe të lashtat rrënjë (patate, karrota, panxhar, etj.) Lahen nga grimcat e tokës.

Aplikimi i ultrazërit në matjen e rrjedhës

Matësit e rrjedhës tejzanor janë përdorur në industri për të kontrolluar rrjedhën dhe matjen e ujit dhe transportuesit të nxehtësisë që nga vitet '60 të shekullit të kaluar.

Aplikimi i ultrazërit në zbulimin e defekteve

Ultratingulli përhapet mirë në disa materiale, gjë që bën të mundur përdorimin e tij për zbulimin e defekteve tejzanor të produkteve të prodhuara nga këto materiale. Kohët e fundit është zhvilluar drejtimi i mikroskopit tejzanor, i cili bën të mundur studimin e shtresës nëntokësore të një materiali me rezolucion të mirë.

Saldim me ultratinguj

Saldim tejzanor - saldim me presion i kryer nën ndikimin e dridhjeve tejzanor. Ky lloj saldimi përdoret për bashkimin e pjesëve që janë të vështira për t'u ngrohur, ose kur bashkohen metale ose metale të ndryshme me filma të fortë oksidi (alumin, çelik inox, bërthama magnetike të përhershme, etj.). Pra, saldimi me ultratinguj përdoret në prodhimin e qarqeve të integruara.

Përdorimi i ultrazërit në elektroplating

Ultratingulli përdoret për të intensifikuar proceset galvanike dhe për të përmirësuar cilësinë e veshjeve të prodhuara elektrokimikisht.