Đầu phát siêu âm là gì? Cấu tạo, nguyên lý và cách chọn đúng loại

Trong một hệ thống làm sạch bằng sóng siêu âm, đầu phát siêu âm là bộ phận trực tiếp biến đổi năng lượng điện thành dao động cơ học ở tần số cao, từ đó truyền năng lượng vào dung dịch làm sạch. Khi kết hợp với bể, dung dịch và máy phát phù hợp, đầu phát siêu âm tạo điều kiện hình thành hiện tượng cavitation – cơ chế quan trọng giúp bóc tách bụi bẩn, dầu mỡ và cặn bám trên vật dụng.

Vậy đầu phát siêu âm cấu tạo như thế nào, hoạt động ra sao và lựa chọn thế nào để phù hợp với bể rửa? Hãy cùng Rama tìm hiểu chi tiết.

Đầu phát siêu âm dạng piezo dùng trong bể rửa siêu âm

Đầu phát siêu âm là gì?

Đầu phát siêu âm (Ultrasonic Transducer), còn được gọi là đầu phát sóng siêu âm hoặc đầu rung siêu âm, là linh kiện đảm nhiệm việc chuyển đổi năng lượng điện thành dao động cơ học ở tần số siêu âm.

Trong hệ thống rửa siêu âm, máy phát cung cấp tín hiệu điện phù hợp cho đầu phát. Phần tử áp điện bên trong đầu phát dao động theo tín hiệu nhận được. Dao động này được truyền vào thành bể và dung dịch, tạo ra trường sóng siêu âm trong môi trường chất lỏng. citeturn1search0turn1search1

Có thể hình dung quá trình theo chuỗi:

Máy phát siêu âm → đầu phát siêu âm → dao động cơ học → sóng siêu âm trong dung dịch → cavitation → bóc tách chất bẩn.

Vì vậy, dù kích thước của đầu phát siêu âm tương đối nhỏ, đây lại là một trong những linh kiện quan trọng của bể rửa siêu âm.

Đầu phát siêu âm có vai trò gì trong bể rửa?

Đầu phát quyết định khả năng đưa năng lượng siêu âm vào dung dịch. Nếu đầu phát không phù hợp với máy phát, bể hoặc yêu cầu làm sạch, hệ thống có thể tạo trường siêu âm không đồng đều hoặc không đạt hiệu quả mong muốn.

Rama hiện cung cấp nhiều loại đầu phát siêu âm với các mức tần số và công suất khác nhau, trong đó có các lựa chọn 25kHz, 28kHz, 40kHz, 68kHz, 80kHz và 120kHz, cùng các mức công suất 50W, 60W và 100W tùy model. citeturn1search0

Đầu phát siêu âm và máy phát siêu âm khác nhau thế nào?

Hai linh kiện này có chức năng khác nhau nhưng phải hoạt động đồng bộ.

Máy phát siêu âm là bộ phận tạo tín hiệu điện cao tần và cung cấp năng lượng cho hệ thống. Trong khi đó, đầu phát siêu âm nhận tín hiệu này và chuyển đổi thành dao động cơ học để tạo sóng siêu âm trong môi trường làm sạch.

Nói đơn giản, máy phát là bộ phận cấp và điều khiển năng lượng, còn đầu phát là bộ phận chuyển năng lượng điện thành dao động siêu âm.

Với hệ thống công nghiệp, Rama có các dòng máy phát siêu âm GH với công suất từ 600W đến 3.000W, sử dụng các cấu hình 28/40kHz tùy thiết kế. citeturn1search1

Cấu tạo của đầu phát siêu âm

Một đầu phát siêu âm dùng trong hệ thống làm sạch thường gồm nhiều thành phần phối hợp với nhau, trong đó quan trọng nhất là phần tử áp điện, tấm đệm và tấm bức xạ.

Phần tử áp điện

Phần tử áp điện là thành phần hoạt tính bên trong đầu phát siêu âm. Khi nhận năng lượng điện, vật liệu áp điện thay đổi kích thước và hình dạng theo tín hiệu điện, từ đó tạo ra dao động cơ học ở tần số tương ứng.

Đây chính là cơ chế giúp đầu phát siêu âm biến đổi năng lượng điện thành năng lượng dao động.

Tấm đệm và tấm bức xạ

Tấm đệm nằm phía sau phần tử áp điện, có nhiệm vụ hỗ trợ quá trình truyền năng lượng và hạn chế năng lượng bức xạ không mong muốn về phía sau.

Ở phía truyền năng lượng, tấm bức xạ đóng vai trò đưa dao động của phần tử áp điện ra môi trường bên ngoài. Trong hệ thống bể rửa, dao động này được truyền vào thành bể rồi tiếp tục truyền tới dung dịch làm sạch. citeturn1search0

Vỏ và kết cấu bên ngoài

Tùy thiết kế, đầu phát siêu âm có kích thước và kết cấu khác nhau. Các model Rama được cung cấp với nhiều kích thước, tần số và công suất để phù hợp với các cấu hình bể khác nhau. citeturn1search0

Nguyên lý hoạt động của đầu phát siêu âm

Để hiểu vì sao đầu phát siêu âm có thể hỗ trợ làm sạch, cần nhìn vào toàn bộ quá trình chuyển đổi năng lượng.

Vị trí lắp đầu phát siêu âm dưới đáy bể rửa

Từ năng lượng điện đến dao động cơ học

Đầu tiên, máy phát cung cấp tín hiệu điện cao tần đến đầu phát siêu âm.

Phần tử áp điện bên trong đầu phát phản ứng với tín hiệu điện và tạo ra dao động cơ học. Dao động này được truyền qua kết cấu đầu phát và thành bể vào dung dịch.

Tần số của dao động quyết định tần số sóng siêu âm được đưa vào môi trường làm sạch.

Đầu phát tạo cavitation như thế nào?

Khi sóng siêu âm truyền trong dung dịch, môi trường chất lỏng liên tục chịu các chu kỳ nén và giãn. Trong điều kiện phù hợp, quá trình này có thể hình thành các bọt khí rất nhỏ.

Các bọt khí tiếp tục phát triển và sụp đổ trong thời gian rất ngắn. Hiện tượng này được gọi là cavitation hay hiện tượng xâm thực.

Chính sự hình thành và sụp đổ của các bọt khí này tạo ra tác động cơ học lên bề mặt vật cần làm sạch. Đây là nền tảng của công nghệ làm sạch siêu âm. citeturn0search1

Cavitation tác động lên chất bẩn ra sao?

Một trong những ưu điểm của làm sạch siêu âm là năng lượng có thể tiếp cận những vị trí khó thao tác bằng phương pháp cọ rửa thông thường.

Các bọt cavitation hình thành và sụp đổ trong dung dịch, tạo ra tác động cơ học lên bề mặt và hỗ trợ bóc tách chất bẩn. Vì vậy, công nghệ này thường được ứng dụng để làm sạch linh kiện, bộ phận máy móc, dụng cụ và nhiều loại vật dụng có hình dạng phức tạp.

Hiệu quả cuối cùng không chỉ phụ thuộc vào đầu phát siêu âm, mà còn liên quan đến tần số, công suất, cấu tạo bể, dung dịch, nhiệt độ và cách bố trí vật cần rửa.

Các thông số quan trọng của đầu phát siêu âm

Khi lựa chọn đầu phát siêu âm, không nên chỉ nhìn vào giá bán. Tần số, công suất, kích thước và khả năng tương thích với hệ thống đều cần được xem xét.

Tần số kHz

Tần số được biểu thị bằng kHz, chẳng hạn 25kHz, 28kHz, 40kHz, 80kHz hoặc 120kHz.

Rama hiện có các dòng đầu phát siêu âm từ 20kHz đến 120kHz tùy model. Các ứng dụng làm sạch công nghiệp phổ biến thường sử dụng 28kHz và 40kHz. citeturn1search0

Về nguyên tắc, tần số khác nhau tạo ra đặc tính trường cavitation khác nhau. Tần số thấp thường được lựa chọn cho các nhu cầu làm sạch cần tác động mạnh hơn, trong khi tần số cao hơn có thể phù hợp với các chi tiết nhỏ hoặc yêu cầu làm sạch tinh hơn. Tuy nhiên, không nên lựa chọn chỉ dựa vào tần số mà phải xét toàn bộ hệ thống.

Công suất W

Công suất của đầu phát siêu âm được biểu thị bằng W. Các model Rama hiện có nhiều mức như 50W, 60W và 100W/đầu. citeturn1search0

Công suất càng lớn không đồng nghĩa với việc cứ tăng công suất là hệ thống sẽ làm sạch tốt hơn. Công suất cần được tính toán cùng kích thước bể, số lượng đầu phát, loại vật cần rửa, dung dịch và cấu hình máy phát.

Kích thước và khả năng tương thích

Ngoài tần số và công suất, kích thước đầu phát siêu âm cũng cần tương thích với vị trí lắp đặt trên bể.

Một số thiết kế đặt đầu phát ở đáy bể, một số bố trí ở thành bể. Vì vậy, khi thay thế linh kiện, cần kiểm tra model, kích thước, tần số, công suất và cách lắp đặt trước khi lựa chọn.

Đầu phát siêu âm 28kHz, 40kHz và tần số cao khác nhau thế nào?

28kHz và 40kHz là hai mức tần số được sử dụng phổ biến trong các hệ thống làm sạch siêu âm.

Các đầu phát siêu âm được gắn và đấu nối thực tế

Đầu phát siêu âm 28kHz thường được cân nhắc khi cần khả năng làm sạch mạnh đối với các loại bụi bẩn, dầu mỡ hoặc chi tiết có mức độ bám bẩn cao.

Đầu phát siêu âm 40kHz thường được sử dụng cho nhu cầu làm sạch đa dụng hơn.

Ở các mức cao như 68kHz, 80kHz hoặc 120kHz, đặc tính bọt cavitation thay đổi theo tần số và có thể phù hợp hơn với các yêu cầu làm sạch tinh, chi tiết nhỏ hoặc bề mặt cần xử lý nhẹ hơn.

Rama cung cấp nhiều cấu hình từ 20kHz đến 120kHz để lựa chọn theo từng hệ thống và nhu cầu cụ thể. citeturn1search0

Cách chọn đầu phát siêu âm phù hợp cho bể rửa

Chọn theo mục đích làm sạch

Trước tiên cần xác định vật liệu và loại chất bẩn cần loại bỏ.

Cấu tạo bên ngoài của đầu phát siêu âm

Ví dụ:

• Dầu mỡ, cặn bám trên chi tiết cơ khí.
• Bụi và tạp chất trên linh kiện.
• Dụng cụ có nhiều khe, rãnh.
• Chi tiết nhỏ cần làm sạch tinh.

Mỗi trường hợp có thể yêu cầu tần số và công suất khác nhau. Vì vậy, không nên áp dụng một loại đầu phát siêu âm cho mọi hệ thống.

Chọn theo kích thước bể và công suất

Kích thước bể càng lớn thì việc bố trí đầu phát càng cần được tính toán kỹ để trường siêu âm phân bố phù hợp.

Rama có các hệ thống máy phát công nghiệp với công suất từ 600W đến 3.000W và số lượng đầu rung thay đổi theo model. Chẳng hạn GH600 có 12 đầu rung, trong khi GH3000 có 60 đầu rung. citeturn1search1

Điều này cho thấy số lượng đầu phát siêu âm không thể lựa chọn độc lập mà cần gắn với tổng thể bể và máy phát.

Chọn đồng bộ với máy phát siêu âm

Đây là yếu tố đặc biệt quan trọng khi thay thế linh kiện.

Tần số của đầu phát siêu âm phải phù hợp với tín hiệu mà máy phát cung cấp. Đồng thời, tổng công suất của hệ thống cũng cần được tính toán tương ứng với số lượng đầu phát.

Nếu chỉ mua một đầu phát theo giá rẻ mà bỏ qua thông số của máy phát hiện có, hệ thống có thể không đạt được trạng thái hoạt động mong muốn.

Khi nào cần thay đầu phát siêu âm?

Trong quá trình sử dụng, đầu phát có thể cần được kiểm tra hoặc thay thế khi hệ thống xuất hiện các dấu hiệu bất thường như:

• Khả năng làm sạch giảm rõ rệt.
• Một khu vực trong bể làm sạch yếu hơn các khu vực khác.
• Một hoặc một số vị trí không còn tạo cavitation như trước.
• Hệ thống có dấu hiệu bất thường sau thời gian dài vận hành.
• Đầu phát bị hư hỏng vật lý hoặc cần thay thế linh kiện.

Rama hiện cung cấp cả đầu phát và dịch vụ sửa chữa bể rửa siêu âm, bao gồm thay sò/đầu phát, sửa bo mạch và sản xuất bể siêu âm theo yêu cầu. citeturn0search8

Khi thay đầu phát siêu âm, cần xác định đúng tần số, công suất, kích thước và cấu hình của hệ thống trước khi lắp đặt.

Đầu phát siêu âm Rama có những lựa chọn nào?

Rama cung cấp đầu phát siêu âm với nhiều lựa chọn để phục vụ các hệ thống làm sạch khác nhau.

Kích thước đầu phát siêu âm theo từng tần số

Một số cấu hình hiện có gồm:

Model	Tần số	Công suất
25K60W	25kHz	60W
25K100W	25kHz	100W
28K60W	28kHz	60W
28K100W	28kHz	100W
40K60W	40kHz	60W
40K100W	40kHz	100W
68K50W	68kHz	50W
80K50W	80kHz	50W
120K50W	120kHz	50W

Ngoài các model trên, Rama còn có các lựa chọn dải tần như 28–40kHz hoặc 40–80kHz. Một số model có thể được đặt theo tần số yêu cầu. citeturn1search0

Các thông số này giúp người dùng dễ dàng tìm được đầu phát siêu âm phù hợp hơn khi sửa chữa, nâng cấp hoặc xây dựng hệ thống bể rửa mới.

Giải pháp đồng bộ đầu phát và máy rửa siêu âm Rama

Nếu chỉ thay riêng đầu phát siêu âm nhưng chưa xác định được nguyên nhân hoặc cấu hình của toàn bộ hệ thống, việc lựa chọn linh kiện có thể gặp khó khăn.

Với hệ thống mới, nên xác định đồng thời:

Nhu cầu làm sạch → kích thước bể → loại vật cần rửa → tần số → công suất → số lượng đầu phát → máy phát siêu âm → cách bố trí đầu phát.

Đối với hệ thống công nghiệp, Rama có thể cung cấp từ đầu phát siêu âm, máy phát đến bể và các giải pháp làm sạch bằng sóng siêu âm. Dòng máy phát GH có công suất 600–3.000W và có thể thiết kế kích thước theo nhu cầu sử dụng. citeturn1search1

Với người đang sử dụng bể rửa và cần thay thế linh kiện, việc xác định đúng model đầu phát siêu âm đang sử dụng là bước quan trọng trước khi đặt mua. Trong trường hợp chưa chắc chắn về thông số, nên cung cấp thông tin bể, máy phát, số lượng đầu phát và nhu cầu làm sạch để được tư vấn cấu hình phù hợp.

Kết luận

Đầu phát siêu âm là một trong những bộ phận quan trọng nhất của hệ thống làm sạch bằng sóng siêu âm. Linh kiện này đảm nhiệm quá trình chuyển đổi năng lượng điện thành dao động cơ học, tạo sóng siêu âm trong dung dịch và hỗ trợ hình thành cavitation để bóc tách chất bẩn.

Khi lựa chọn đầu phát siêu âm, cần quan tâm đồng thời đến tần số, công suất, kích thước, số lượng đầu phát và khả năng tương thích với máy phát cũng như bể rửa. Với các hệ thống hiện hữu cần thay thế, không nên chỉ dựa vào hình dáng hoặc giá thành mà cần đối chiếu đúng thông số kỹ thuật.

Rama cung cấp nhiều dòng đầu phát siêu âm từ 20–120kHz, cùng các mức công suất khác nhau và giải pháp máy phát, bể rửa siêu âm phục vụ từ nhu cầu thay thế linh kiện đến xây dựng hệ thống làm sạch chuyên dụng. citeturn1search0turn1search1