1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ
NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ
MÁY TẨY RỬA BẰNG SÓNG SIÊU ÂM

Giáo viên hướng dẫn : TS NGUYỄN LÊ CƯỜNG
TH.S ĐINH VĂN TUẤN
Sinh viên thực hiện

: NHÓM 2

Chuyên ngành

: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

Lớp

: Đ8 – ĐTVT2

Hà Nội, tháng 12 năm 2016


1
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay nền sản xuất công nghiệp ngày càng hiện đại các dây chuyền sản xuất ra
đời bảo đảm sản xuất hàng triệu sản phẩm cùng loại trong một năm. Thực tế này đòi hỏi
chất lượng, độ đồng đều kích thước, độ lặp lại rất cao để bảo đảm lắp lẫn một cách dễ

dàng, tốn ít thời gian công sức và hạ giá thành sản phẩm. Để đạt được điều đó các dây
chuyền cơng nghệ thường trang bị nhiều thiết bị rửa siêu âm trong các công đoạn khác
nhau. Bảo đảm làm sạch “tuyệt đối” bề mặt của các sản phẩm trước khi bước sang công
đoạn gia công khác trên sản phẩm đó. Cơng nghệ rửa siêu âm đặc biệt rất cần trong công
nghiệp chế tạo 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 phải có độ
sạch, độ cứng, độ chính xác cao. Cơng nghệ rửa siêu âm giúp chúng ta xử lý các bụi bẩn
trên bề mặt chi tiết trên trước khi đưa vào cơng đoạn phủ mặt, làm bóng bề mặt. Dưới đây
em xin mô tả công nghệ làm sạch bề mặt bằng kỹ thuật và công nghệ làm sạch siêu âm.
Đồ án tốt nghiệp được xây dựng với bố cục như sau :
Chương 1 : Tổng quan về đề tài
Chương 2 : Tổng quan về sóng siêu âm và máy rửa sóng siêu âm
Chương 3 : Thiết kế, chế tạo máy rửa bằng sóng siêu âm.
Do một vài yếu tố khách quan và chủ quan nên đồ án cịn có những hạn chế. Em
rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng như các bạn để đồ án của em
được hoàn thiện hơn nữa.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Đinh Văn Tuấn đã tận tình hướng dẫn
giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đồ án này.
Hà Nội, ngày 26 tháng 12 năm 2016
Sinh viên thực hiện
Phạm Trọng Hoan
Hoàng Thị Hường
Đỗ Mạnh Cường
Vũ Thị Ngát

SVTH: NHÓM 2-D8DTVT2

GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN



2
LỜI CẢM ƠN
Qua thời gian thực hiện Đồ án điện tử, em đã tìm hiểu, bổ sung và học hỏi được
thêm nhiều kiến thức về công nghệ tẩy rửa bằng sóng siêu âm.
Do đặc điểm về cơng nghệ, thời gian và kiến thức còn hạn chế nên đề tài của em chỉ
dừng lại ở mức nghiên cứu và thiết kế mơ hình máy tẩy rửa bằng sóng siêu âm. Trong
thời gian thực hiện đồ án, em đã tham khảo ý kiến giáo viên hướng dẫn, tìm hiểu tài liệu
và sự hỗ trợ từ giảng viên khác. Tuy nhiên do kiến thức cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi
những sai sót, rất mong nhận được sự góp ý chân thành của các thầy cơ và các bạn để đồ
án được hồn thiện hơn.
Qua đây, em xin gửi tới lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo TH.S Đinh Văn Tuấn –
Giảng viên trường đại học Điện Lực đã trực tiếp hỗ trợ, tận tình hướng dẫn, bổ sung kiến
thức mà bản thân em còn thiếu và giúp đỡ em trong suốt q trình em hồn thiện Đồ án
điện tử .
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trong khoa Điện Tử Viễn Thông
Trường Đại Học Điện Lực đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho em trong suốt quá trình em
thực hiện Đồ án điện tử.
Trong quá trình thực hiện đồ án điện tử khó có thể tránh khỏi những thiếu sót, em
rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cơ cũng như của các bạn để hoàn thiện đồ án
tốt hơn.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn các thầy cô và các bạn !

SVTH: NHÓM 2-D8DTVT2

GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN


3
NHẬN XÉT
(Của giảng viên hướng dẫn)


………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………....
Hà Nội, ngày tháng năm 2017
Giảng viên hướng dẫn
(ký, ghi rõ họ tên)

SVTH: NHÓM 2-D8DTVT2

GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN


4

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU.................................................................................................................. 1
LỜI CẢM ƠN..................................................................................................................2
MỤC LỤC........................................................................................................................ 4
DANH MỤC HÌNH ẢNH...............................................................................................6
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT, TRA TỪ..........................................................................7
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI.....................................................................8
1.1. Giới thiệu đề tài.......................................................................................................8
1.2. Lý do chọn đề tài.....................................................................................................9
1.3. Mục tiêu chon đề tài.................................................................................................9
CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ SÓNG SIÊU ÂM VÀ MÁY RỬA BẰNG SĨNG
SIÊU ÂM........................................................................................................................ 11
2.1. SĨNG SIÊU ÂM...................................................................................................11
2.1.1. Khái niệm sóng siêu âm...................................................................................11
2.1.2. Đặc điểm của sóng siêu âm.............................................................................12
2.1.3. Qúa trình làm sạch bằng sóng siêu âm.............................................................12
2.2. MÁY RỬA BẰNG SĨNG SIÊU ÂM....................................................................16
2.2.1. Sơ đồ khối:......................................................................................................16
2.2.2. Đầu dò siêu âm...............................................................................................16
2.2.3. Bể rửa..............................................................................................................19
2.2.4. Máy phát siêu âm.............................................................................................19
2.2.5. Phạm vi ứng dụng và một số máy có trên thị trường......................................20
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY TẨY RỬA BẰNG SÓNG SIÊU ÂM . .23
SVTH: NHÓM 2-D8DTVT2

GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN


5

3.1. MỤC TIÊU THIẾT KẾ..........................................................................................23
3.2. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG.....................................................................................23
3.2.1. Sơ đồ khối........................................................................................................23
3.2.2. Lựa chon phần cứng........................................................................................24
3.3. THIẾT KẾ PHẦN MỀM.......................................................................................32
3.3.1. Lưu đồ thuật tốn.............................................................................................32
3.2.2. Chương trình code cho máy tẩy rửa bằng sóng siêu âm...................................34
3.4. TỔNG KẾT...........................................................................................................34
3.4.1. Kết quả đạt được..............................................................................................34
3.4.2.Đánh giá kết quả...............................................................................................34
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN....................................................................35
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................36

SVTH: NHÓM 2-D8DTVT2

GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN


6
DANH MỤC HÌNH Ả
Hình 2. 1:Qúa trình làm sạch 1.........................................................................................13
Hình 2. 2: Qúa trình làm sạch 2........................................................................................14
Hình 2. 3: Qúa trình làm sạch 3...................................................................................14
Hình 2. 4: Sơ đồ khối máy rửa siêu âm............................................................................16
Hình 2. 5: Hiệu ứng từ giảo..............................................................................................17
Hình 2.6: Cấu tạo của bể rửa siêu âm và đầu dò gắn dưới đáy bể....................................19
Hình 2. 7: Một loại máy phát siêu âm dị.........................................................................20
Hình 2. 8: Các búp sóng ở các mơi trường khác nhau......................................................20
Hình 2. 9: Một số máy tẩy rửa siêu âm trên thị trường.....................................................22
YHình 3. 1: Sơ đồ khối của máy tẩy rửa...........................................................................23


Hình 3. 2: Khối nguồn......................................................................................................24
Hình 3. 3: Đầu dị UCE-VT-4060PZT-4...........................................................................25
Hình 3. 4: Khối tạo dao động...........................................................................................26
Hình 3. 5: Vi điều khiển Pic 18F45K22...........................................................................27
Hình 3. 6: Khối MCU.......................................................................................................27
Hình 3. 7: Khối điều khiển...............................................................................................28
Hình 3. 8: Khối hiển thị....................................................................................................29
Hình 3. 9: Sơ đồ nguyên lý...............................................................................................29
Hình 3. 10: Sơ đồ nguyên lý mach in...............................................................................30
Hình 3. 11: Mạch thực tế..................................................................................................31
Hình 3. 12: Cấu trúc khung của máy...........................................................................31
Hình 3. 13: Bể rửa của máy..............................................................................................32
Hình 3. 14: Lưu đồ thuật tốn 1.......................................................................................32
Hình 3. 15: Lưu đồ thuật tốn 2.......................................................................................33
Hình 3. 16: Sản phẩm sau khi hồn thành........................................................................34

SVTH: NHĨM 2-D8DTVT2

GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT, TRA TỪ
Viết Tắt
AC

Tiếng Anh
Alternating current

Tiếng Việt

Dòng điện xoay chiều

CPU

Central processing unit

Bộ vi xử lý

DC

Direct current

Dòng điện một chiều

FJP

Fast junction power

Điện nối nhanh

HER207

High efficiency rectifer

Bộ chỉnh lưu hiệu suất cao

UCE-UT-

Ultrasonic


Đầu dò siêu âm sạch- điện tử siêu

4060PZT_4

cleaner electronic-ultrasonic âm
tranducer

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1. Giới thiệu đề tài
Ngày nay nền sản xuất công nghiệp ngày càng hiện đại các dây chuyền sản xuất ra đời
bảo đảm sản xuất hàng triệu sản phẩm cùng loại trong một năm. Thực tế này đòi hỏi chất
lượng, độ đồng đều kích thước, độ lặp lại rất cao để bảo đảm lắp lẫn một cách dễ dàng,
tốn ít thời gian công sức và hạ giá thành sản phẩm. Để đạt được điều đó các dây chuyền
SVTH: NHĨM 2-D8DTVT2

GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN


8
công nghệ thường trang bị nhiều thiết bị rửa siêu âm trong các công đoạn khác nhau. Bảo
đảm làm sạch “tuyệt đối” bề mặt của các sản phẩm trước khi bước sang cơng đoạn gia
cơng khác trên sản phẩm đó. Công nghệ rửa siêu âm đặc biệt rất cần trong cơng nghiệp
chế tạo 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, phải có độ sạch, độ
cứng, độ chính xác cao. Cơng nghệ rửa siêu âm giúp chúng ta xử lý các bụi bẩn trên bề
mặt chi tiết trên trước khi đưa vào công đoạn phủ mặt, làm bóng bề mặt. Kỹ thuật tẩy
rửa dùng sóng siêu âm ra đời nhằm đáp ứng các yêu cầu về công nghệ làm
sạch được áp dụng rộng rãi trong các thiết bị tẩy rửa với hiệu quả cao, tốc độ
nhanh mà các phương pháp khác không đáp ứng được.
Với xu hướng sử dụng những công nghệ không gây ô nhiễm môi trường,

không gây ra tác động độc hại đến sức khoẻ con người như hiện nay, các thiết
bị tẩy rửa sử dụng sóng siêu âm là lựa chọn hàng đầu trong lĩnh vực làm sạch
ở các ngành công nghiệp. Máy rửa siêu âm sẽ thay thế cho các phương pháp
tẩy rửa truyền thống sử dụng các dung dịch tẩy rửa cơng nghiệp có thành phần
hố học gây độc hại cho môi trường và cho sức khoẻ con người. Việc sử dụng
năng lượng sóng siêu âm sẽ mang lại hiệu quả tẩy rửa vượt trội hơn so với
các dung dịch tẩy rửa trước đây đặc biệt đối với các vật thể có kích thước nhỏ
và hình dạng phức tạp.
Khoa học về sóng siêu âm khơng chỉ được ứng dụng trong lĩnh vực tẩy rửa
mà còn trong nhiều lĩnh vực khác như : kiểm tra chất lượng sản phẩm, hệ
thống phát hiện di động, đo khoảng cách, đo lưu lượng...
1.2. Lý do chọn đề tài
Ngày nay xã hội ngày càng phát triển cùng với đó là nhu cầu làm sạch với
yêu cầu nhanh chóng an tồn rất quan trọng và cần thiết. Kỹ thuật làm sạch
bằng sóng siêu âm ra đời nhằm đáp ứng các nhu cầu về công nghệ làm sạch
được áp dụng rộng rãi trong các thiết bị tẩy rửa với hiệu suất cao, tốc độ
nhanh mà các phương pháp khác không thể làm được. Thống kê cho thấy các
phương pháp tẩy rửa thông thường, khả năng làm sạch bẩn trên bề mặt chi tiết tối đa chỉ
SVTH: NHÓM 2-D8DTVT2

GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN


9
đạt đươc khoảng 80%. Trong khi tẩy rửa bằng phương pháp tẩy rửa dùng sóng siêu âm
khả năng làm sạch bề bắt lên tới 99%. Vì vậy việc nghiên cứu và phát triển sản phẩm có
khả năng làm sạch với tốc độ nhanh, an toàn là rất cần thiết.
Với những ưu điểm nổi bật ấy của kỹ thuật tẩy rửa dùng sóng siêu âm đã
thơi thúc em nghiên cứu thực hiện đề tài “Máy tẩy rửa dùng sóng siêu
âm”. Mong muốn của em là ứng dụng những gì đã học, đã biết vào thực tế và

MÁY RỬA SIÊU ÂM có thể ứng dụng được vào thực tế sản xuất.
Và đề tài cũng là bước khởi đầu để em nghiên cứu tiếp cận với một ngành
khoa học đầy tiềm năng phát triển và có khả năng ứng dụng rộng rãi trong hầu
hết các lĩnh vực đời sống cũng như tích luỹ được những kiến thức, kinh
nghiệm bổ ích.
1.3. Mục tiêu chon đề tài
 Kiến thức và kỹ năng:
 Tạo ra một thiết bị thông minh, giúp con người giảm đi nhũng độc
hại do phải tiếp xúc với các chất tẩy rửa.
 Có thể tẩy rửa tẩy rủa nhiều vật dụng được làm từ nhiều loại vật
lieeuk khác nhau.
 Khai thác tối đa hiệu năng của thiết bị, đảm bảo tuổi thọ và sự an
toàn cho thiết bị cũng như con người.
 Thiết kế máy, lập trình thiết bị.
 Sử dụng thành thạo các phần mềm ứng dụng, thiết bị chuyên dụng
 Đọc hiểu, phân tích các thơng số các phần của máy rửa bằng sóng
siêu âm.
 Thái độ:
 Rèn luyện kỹ năng làm báo cáo và báo cáo.
 Tăng cường kỹ năng tư duy vận dụng những bài toán đơn giản vào
thực tế.
 Rèn luyện khả năng làm việc độc lập cũng như làm việc nhóm, tinh
thần trách nhiệm khi gặp khó khăn, khắc phục sự cố và đưa ra kế
hoạch bảo thì bảo dưỡng.

SVTH: NHĨM 2-D8DTVT2

GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN



10
CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ SÓNG SIÊU ÂM VÀ MÁY RỬA BẰNG SÓNG
SIÊU ÂM
2.1. SÓNG SIÊU ÂM

2.1.1. Khái niệm sóng siêu âm.
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 thơng thường nó vào cỡ 20000 Hz. Ngược lại
với siêu âm, các âm thanh có tần số thấp hơn ngưỡng nghe được bởi tai người (thường
vào khoảng 20 Hz) là hạ âm.
Siêu âm có thể lan truyền trong nhiều môi trường tương tự như môi trường lan truyền
của âm thanh, như khơng 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 đốn hình ảnh y khoa (siêu âm y khoa) [1] hoặc chụp ảnh bên trong
các cấu trúc cơ khí trong kiểm tra khơng phá hủy. Nhờ khả năng khơng bị nhận biết được
bởingười, sóng siêu âm còn được dùng trong các ứng dụng quan trắc khác, như để đo
khoảng cách hay vận tốc. Ngoài ra cịn có nhiều ứng dụng siêu âm khác như làm sạch
bằng siêu âm, hàn siêu âm, ứng dụng siêu âm trong hóa học, sinh học,...
Siêu âm có thể được tạo ra từ một số loại loa, từ dao động của tinh thể áp điện. Trong
tự nhiên, nhiều loài động vật có thể tạo ra hoặc cảm nhận được siêu âm, ví dụ như dơi là
lồi có thị giác kém phát triển nhưng tạo ra và cảm nhận siêu âm để xác định các vật thể
trong không gian xung quanh. Cá voi, cá heo dùng siêu âm để liên lạc và định vị đối
tượng xung quanh. Một số loài như cá voi trắng vùng Amazon tự chỉnh cường độ phát,
khi bắt mồi thì dùng siêu âm mạnh để gây tê liệt cá.

SVTH: NHÓM 2-D8DTVT2

GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN



11

2.1.2. Đặc điểm của sóng siêu âm.


Sóng siêu âm mang năng lượng lớn hơn sóng âm (chẳng hạn với cùng một biên
độ dao động , năng lượng sóng tại tần số 1MHz lớn gấp 106 lần năng lượng sóng



tại tần số 1KHz).
Trong cùng một mơi trường truyền sóng, sóng siêu âm có bước sóng ngắn nên có
tính định hướng cao. Lợi dụng tính chất này người ta có thể chế tạo các hệ hội tụ



để tập trung năng lượng lớn trên một diện tích hẹp.
Trong dải sóng siêu âm với một điều kiện nhất định xuất hiện hiện tượng xâm
thực xảy ra trong chất lỏng. Tính chất này được ứng dụng rộng rãi trong công



nghiệp và dân dụng.
Hiệu ứng Doppler: Là hiện tượng tần số và bước sóng thay đổi khi vị trí của

nguồn phát sóng thay đổi
 Sóng siêu âm là sóng có tần số nằm trong dải từ 20kHz ÷200kHz ,tần số
này con người chúng ta khơng thể nghe thấy được.Sóng siêu âm ở các

máy rửa siêu âm là sóng cơ, mang đầy đủ các tính chất vật lý như
phương thức truyền , tính phản xạ, giao thoa sóng , …trong các mơi
trường truyền khác nhau.

2.1.3. Qúa trình làm sạch bằng sóng siêu âm.
Khi cấp điện cho cảm biến siêu âm, cảm biến này tạo ra những dao động sóng cơ trên
bề mặt của nó với tần suất lớn hơn 20.000 dao động/giây. Sóng cơ này được truyền trực
tiếp vào thép không rỉ của bể rửa siêu âm và tạo ra những xung kích có tần số cao trong
lòng chất lỏng của bể rửa siêu âm. Dưới tác động của những xung kích cơ học tần số cao
vơ số bong bóng kích thước nhỏ được tạo ra trong thời gian ngắn và được truyền theo
mọi hướng trong lòng chất lỏng và sự dịch chuyển này tuân thủ hoàn tồn các định luật
của sóng cơ trong chất lỏng. Những chùm bong bóng dịch chuyển lên phía trước và đập
vào bề mặt của vật cần rửa tạo ra một sự bắn phá cơ học lên bụi bẩn bám trên bề mặt.
Dưới tác động lực bắn phá này thì những bụi bẩn bị tách ra khỏi bề mặt và dễ dàng tan
vào dung mơi tẩy rửa nhờ tác dụng của hóa chất. Như vậy bọt càng nhỏ khả năng chui
sâu càng lớn do đó có tác dụng tẩy rửa bề mặt của các vật có các lỗ hoặc có cấu tạo ngoằn
nghèo phức tạp, mà công nghệ rửa thông thường không thể nào đạt được.
SVTH: NHÓM 2-D8DTVT2

GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN


12
Hình dưới đây mơ tả q trình tẩy rửa bề mặt của một vật. Để cho dung
dịch tẩy rửa hòa tan được các hạt bụi bẩn điều cần thiết là dung dịch cần phải
được tiếp xúc trực tiếp với hạt bụi. Trong trường hợp này q trình tẩy rửa đóng vai trị
tạo sự tiếp xúc giữa hóa chất hoặc bụi bẩn.

Hình 2. 1:Qúa trình làm sạch 1
Khi hóa chất hịa tan bụi bẩn thì một lớp hóa chất gần sát bề mặt của vật dần dần

bị bão hòa do vậy tác dụng hịa tan của nó ngày một dày như vậy quá trình tảy rửa bị
chậm lại hoặc mất hẳn. Để quá trình làm sạch nhanh hơn cần bổ xung thường xun hóa
chất tẩy rửa mới (xem hình vẽ).

SVTH: NHĨM 2-D8DTVT2

GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN


13

Hình 2. 2: Qúa trình làm sạch 2
Với việc tạo bọt sóng và bắn phá bề mặt bằng bọt sóng, sóng siêu âm đã làm tăng
hiệu suất tẩy rửa bằng cách hạn chế sự hình thành lớp hóa chất bão hịa tạo điều kiện cho
lớp hóa chất tích cực trực tiếp tiếp xúc với bề mặt vật cần rửa.

Hình 2. 3: Qúa trình làm sạch 3
Trong thực tế có rất nhiều dạng bụi bẩn khác nhau có thể tan hoặc không tan trong
dung dịch tẩy rửa. Để công nghệ rửa siêu âm có hiệu quả cần phải chọn chất tẩy rửa phù
hợp cũng như cung cấp năng lượng siêu âm cần thiết và yếu tố nhiệt độ cũng không kém
phần quan trọng thúc đẩy quá trình làm sạch bề mặt. Khác với các kiểu tẩy rửa khác sóng

SVTH: NHĨM 2-D8DTVT2

GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN


14
siêu âm thơng qua các bong bóng có thể tiếp cận với các điểm khác nhau về độ sâu, độ
ngoắt nghéo, và rửa sạch bề mặt của vật có hình dạng bất kỳ rất có hiệu quả.

 Ưu điểm:
Có một số những ưu điểm lợi ích thực sự từ ứng dụng của kỹ thuật sóng siêu âm đến
việc làm sạch chính xác.
•

Nâng cao tốc độ làm sạch. Kỹ thuật làm sạch bằng sóng siêu âm nhanh hơn bất kỳ
một phương thức làm sạch thơng thường nào khác. Tồn bộ q trình có thể được
làm sạch mà khơng cần tách rời, tiết kiệm nhân lực làm cho kỹ thuật siêu âm được

•

lựa chọn mang lại lợi nhuận nhất.
Tính làm sạch ổn định chắc chắn là khơng gì sánh nổi. Tác dụng làm sạch đồng
đều của sóng siêu âm đối với tất cả các vật có kích lớn hay nhỏ, đơn giản hay phức
tạp, đơn lẻ hay rửa nhiều bộ phận trong một lượt. Công nghệ rửa siêu âm giúp ta
làm sạch kỹ lưỡng hoàn hảo các chất bẩn trên toàn bộ bề mặt vật và khơng phụ

•

thuộc vào người vận hành.
An tồn và đúng quy định về mơi trường từ việc giảm bớt nồng độ hóa học nguy

•
•

hiểm hay có thể thay thế được của sự ăn mòn chất làm sạch trung gian.
Giảm bớt sự tiếp xúc trực tiếp của người vận hành với chất làm sạch nguy hiểm.
Tiết kiệm năng lượng, nhân lực và mang lại giá trị năng suất thực sự cho ứng dụng
làm sạch chính xác.


SVTH: NHĨM 2-D8DTVT2

GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN


15
2.2. MÁY RỬA BẰNG SĨNG SIÊU ÂM.

2.2.1. Sơ đồ khối:

Hình 2. 4: Sơ đồ khối máy rửa siêu âm
Để dẫn năng lượng siêu âm vào hệ có bể rửa siêu âm chúng ta cần có một cảm
biến siêu âm, bể rửa và máy phát siêu âm công suất. Máy phát siêu âm công suất
truyền một năng lượng điện ở một tần số nhất định nào đó cho cảm biến siêu âm, cảm
biến này biến đổi năng lượng điện sang năng lượng cơ dưới dạng sóng.

2.2.2. Đầu dị siêu âm
Hiện nay có hai loại hiệu ứng vật lý có thể tạo ra nguồn sóng siêu âm cơng suất
lớn là: Hiệu ứng từ giảo(Magnetostrictive) và hiệu ứng áp điện (Piezoelectric).
 Nguyên lý hoạt động của cảm biến từ giảo
Hiệu ứng từ giảo (Magnetostrictive) là hiện tượng dao động cơ học của vật liệu sắt
từ như (permaloy) khi cường độ từ trường đi qua nó thay đổi. Thực tế cho thấy khi dẫn từ
trường xoay chiều vào tấm vật liệu sắt từ, tấm vật liệu này bị co giãn về kích thước tạo
nên các sóng đứng trên bề mặt vật liệu từ theo tần số biến đổi của từ trường đi qua nó.
Mức độ dao động này có thể lên tới 1.0 ÷ 10µm ở dải tần số 50kHz.

SVTH: NHĨM 2-D8DTVT2

GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN



16

Hình 2. 5: Hiệu ứng từ giảo
Như vậy quá trình tạo sóng âm ở hiệu ứng từ giảo là quá trình biến đổi năng lượng
điện sang từ trường và từ trường sang năng lượng cơ học. Quá trình biến đổi trên tạo ra
sự mất mát về mặt năng lượng do vậy các cảm biến siêu âm từ giảo thường có hiệu suất
thấp. 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 cơng suất lớn và khả năng chịu đựng cao các tác động và môi trường
khắc nghiệt.
 Nguyên lý hiệu ứng áp điện (Piezoelectric)
Một số vật liệu nhựa như tinh thể thạch anh, barium titanate có dao động sóng cơ
khi áp nên nó những dịng điện tích xoay chiều. Tuy nhiên những vật liệu này thường dao
động không ổn định và khả năng chịu tải cơ học thấp. Từ những năm 1940 các nhà khoa
học Mỹ đã chế tạo ra cảm biến Piezoelectric có cơng suất lớn, độ bền cao với cơ học và
môi trường đặc biệt rất ổn định về mặt tần số.
Tuy nhiên hiệu ứng biến dạng trong Piezoelectric thường bé hơn nhiều so biên độ
dao động của từ giảo. Thông thường biên dao ng ca Piezoelectric thng nm
trong khong 0.1àm ữ 7µm. Tuy vậy tần số làm việc của Piezoelectric có thể lên đến
5MHz.
Xét về phương diện cơng suất thì cảm biến siêu âm từ giảo có cơng suất cao hơn
nhiều so với cảm biến siêu âm Piezoelectric.
Xét về phương diện biến đổi năng lượng thì cảm biến Piezoelectric có khả năng
biến đổi thuận nghịch – Điện năng – Cơ năng – Điện năng.
SVTH: NHÓM 2-D8DTVT2

GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN


17

Kích thước vật lý của cảm biến siêu âm gọn nhỏ thường được dùng để chế tạo máy
rửa siêu âm.
*Cấu tạo của cảm biến siêu âm Piezoelectric:
Dưới tác dụng của điện tích đặt trên hai điện cực của cảm biến, lớp gốm cùng
điện cực kim loại chịu một lực xoắn rất lớn. Do cảm biến có cấu tạo dạng xuyến nên lực
co dãn ra biên là không lớn, lực chủ yếu xuất hiện trên bề mặt hình xuyến tạo ra những
dao động sóng đứng.
Nếu ta gắn chặt cảm biến vào một tấm thép – tấm thép sẽ dạo động, tạo ra sóng cơ
có cơng suất lớn truyền theo phương vng góc với trục xuyến. Để sóng cơ truyền ra bể
rửa hiệu suất cao cần gắn chặt bề mặt cảm biến với đáy bể thơng qua lớp cách điện nhưng
có điện trở sóng gần với trở sóng của thành bể. Các nhà chế tạo đã tạo ra các bể rửa siêu
âm dùng vật liệu thép không rỉ 314 – Kết cấu bể, độ dày của nó đã được tính tốn sao có
hiệu suất siêu âm là cao nhất.
 Một số khái niệm và định nghĩa các tham số của đầu dò siêu âm
* Xác định thông số cơ bản của đầu dò hoặc cảm biến.
Để thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm, điều quan trọng là phải hiểu rõ những thông
số cơ bản của cảm biến siêu âm. Dưới 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 được đặt một điện áp – kính thước của
cảm biến bị biến dạng. Ngược lại, nếu ta tạo ra sự biến dạng về kích thước của cảm biến
thì giữa 2 điện cực của cảm biến xuất hiện một điện áp.
Quan hệ giữa lực và hiệu quả tương ứng xảy ra trên cảm biến phụ thuộc vào các
yếu tố sau: Đặc trưng kỹ thuật của PZT, kích thước và hình dạng của nó, hướng tác động
cơ khí, điện từ lên cảm biến.
Để phân biệt hướng sự biến dạng trong cảm biến, người ta dùng hệ tọa độ 3 chiều.
Hệ tạo độ 3 cực này nó là hướng phân cực bên trong cảm biến PZT. Hướng của nó
được thiết lập bởi một điện áp cao một chiều đưa vào giữa cặp cực đối diện của cảm biến
(Định hướng phân cực này xảy ra trong quá trình chế tạo cảm biến). Các cực định hướng

SVTH: NHÓM 2-D8DTVT2


GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN


18
này sau đó được thay thế bởi những cực mới gắn trên cặp thứ hai đối diện của cảm biến
PZT.
Ký hiệu của các đại lượng đặc trưng của PZT:
T = lực tác dụng khơng đổi = khơng có lực ngồi đặt vào.
E = điện trường không đổi = đoản mạch.
D = cường độ điện trường không đổi = hở mạch.
S = sức căng không đổi = bắt chặt bằng cơ khí.
Hệ số “d”: D được hiểu như là một lực cơ học đã được tạo ra bởi đặt một điện
trường vào hai đầu cực PZT, đây gọi là hệ số biến đổi điện cơ và có đơn vị tính là m/V
(m:meter, V: điện áp).

2.2.3. Bể rửa.
Thiết bị rửa siêu âm có nhiều dạng khác nhau: máy rửa siêu âm độc lập, máy rửa
siêu âm tách biệt hai khối, máy rửa siêu âm nhiều khối đa chức năng.

Hình 2.6: Cấu tạo của bể rửa siêu âm và đầu dò gắn dưới đáy bể

2.2.4. Máy phát siêu âm.
Hiện nay rất nhiều hãng trên thế giới chế tạo nhiều máy phát siêu âm với nhiều
chủng loại khác nhau. Máy phát siêu âm thực chất là một máy điện công suất lớn nhằm
tạo ra nguồn điện cơng suất lớn tần số sóng siêu âm dải từ 20 kHz cho đến 120kHz có
cơng suất từ vài chục Watts đến hàng kWatts tùy theo mục đích sử dụng. Máy phát siêu
SVTH: NHÓM 2-D8DTVT2

GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN



19
âm bao gồm máy phát tín hiệu và bộ khuếch đại cơng suất dải rộng nhằm kích hoạt đầu
dị siêu âm. Dưới đây là một số loại máy phát siêu âm dị:

Hình 2. 7: Một loại máy phát siêu âm dị
- Máy phát siêu âm cung cấp dạng sóng tín hiệu hình vng: Nếu ta đặt một sóng
hình vng lên cảm biến siêu âm thì cảm biên sẽ dao động ở rất nhiều tần số khác nhau
xung quanh tần số cơ bản của sóng hình vng.
- Dạng xung: Ở chế độ dạng xung cảm biến siêu âm được kích hoạt ở chế độ đóng
ngắt theo một thời gian nhất định có tần số thấp hơn nhiều so với tần số cộng hưởng riêng
của nó.
- Quét tần số: Trong một số trường hợp máy phát siêu âm có thể điều biến tần số
xung quanh tần số cộng hưởng của nó.
- Tần số và biên độ của máy phát siêu âm: Tần số và biên độ là đặc trưng có bản
của sóng âm. Hình vẽ dưới đây biểu diễn các búp sóng truyền trong mơi trường ở các chế
độ khác nhau:

Hình 2. 8: Các búp sóng ở các mơi trường khác nhau

2.2.5. Phạm vi ứng dụng và một số máy có trên thị trường.
 Phạm vi ứng dụng
SVTH: NHÓM 2-D8DTVT2

GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN


20
Bởi những đặc điểm và khả năng ưu việt nên kỹ thuật rửa siêu âm được ứng dụng

rộng rãi với phạm vi rộng trong nhiều lĩnh vực.

•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•
•
•

•
•
•
•


•

Trong phịng 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
Hợp chất
Sản xuất công nghiệp
Thiết bị chuyển mạch
Rơ le và động cơ
Phụ tùng đồ gá lắp, bánh răng…
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 lắp ráp
Sản xuất cơng 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.
Lĩnh vực y học
Dụng cụ phẫu thuật
Thiết bị dùng để tiêm
Thiết bị tạo ơxy cho máu.
Thiết bị chữa răng.

Cơng nghệ hồn kim
Đồng hồ và các phụ kiện đồng hồ.

•

Kim loại và đá quý.

 Giới thiệu một số máy tẩy rửa trên thị trường
•
•
•
•

Bể rửa siêu âm mini DR-DS13 dung tích 1,3l _NAPI,JSC
Bể rửa siêu âm mini Model DR_MH20 dung tích 2l
Bể rửa siêu công nghê Elasonic XL2700
Bể rửa siêu âm gia nhiệt 5,75 lít Elasonic S60H

SVTH: NHĨM 2-D8DTVT2

GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN


21
•

Bể rửa siêu âm gia nhiệt 1,75 lít Elasonic S15H………

Hình 2. 9: Một số máy tẩy rửa siêu âm trên thị trường


SVTH: NHÓM 2-D8DTVT2

GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN


22
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY TẨY RỬA BẰNG SÓNG SIÊU ÂM
3.1. MỤC TIÊU THIẾT KẾ
Dựa trên cơ sở lý thuyết và những kiến thức có được qua quá trình tìm hiểu. Máy tẩy
rửa bằng sóng siêu âm được thiết kế, chế tạo có các thơng số kỹ thuật và một số chức
năng cơ bản sau:
 Thông số kỹ thuật máy:
 Dung tích:1,5 lít
 Nguồn cung cấp:100V – 120V/AC, 50/60Hz 200V – 240V/AC, 50/60kHz
 Tần số siêu âm: 40kHz
 Kích cỡ: 300mmx200mmx190mm
 Cơng suất siêu âm: 60W (01 đầu phát 60W)
 Một số chức năng cơ bản của máy rửa bằng sóng siêu âm:
 Tẩy rửa được một số vật dụng như: ốc vít, dao, kéo…
 Điều chỉnh được thời gian tẩy rửa, tự đơng đóng cắt khi hết thời gain tẩy rửa.
 Màn hinh hiển thị các chế độ cài đặt và thời gian chạy máy.
3.2. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG

3.2.1. Sơ đồ khối

SVTH: NHÓM 2-D8DTVT2

GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN



23

Hình 3. 1: Sơ đồ khối của máy tẩy rửa
Mục đích của việc chia ra thành các khối để trong q trình thực hiện có thể test
từng khối và sửa lỗi một cách dễ dàng hơn.
Khối nguồn: Khối nguồn có nhiệm vụ cung cấp điện áp vào cho tất cả các khối( 5V-khối
trung tâm, khối hiển thị, khối điều khiển; 24V- khối dao động…)
Khối dao động: Tạo dao động, công suất cung cấp cho đầu dò siêu âm.
Khối trung tâm: Xử lý tiếp nhận thông tin và đưa ra những điều chỉnh thích
hợp tới các khối cịn lại.
Khối hiển thị: hiển thị thông số cài đặt và các thông số khi máy hoạt động.
Khối điều khiển: cài dặt các chức năng cho máy hoạt động.

3.2.2. Lựa chon phần cứng
3.2.2.1. Khối nguồn
Khối nguồn gồm tụ lọc nguồn 0.22uF-275VAC ,cuộn lọc,cầu chỉnh lưu đi-ốt ADC.
 Tụ lọc nguồn 0.22uF-275VAC được dùng trong mạch tần số cao, DC, AC và
xung mạch.
 Cuộn lọc : lọc nhiễu cho mạch nguồn 220V-AC .
 Cầu chỉnh lưu đi-ốt ADC : biến đổi dòng điện 220V-AC thành 24V-DC.

SVTH: NHÓM 2-D8DTVT2

GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN


24
Sau khi lựa chọn ta có được sơ đồ nguyên lý của khối nguồn:

Hình 3. 2: Khối nguồn

Để đảm bảo độ an toàn trong thiết kế tác giả tối ưu sử dụng cầu c.hì bảo vệ q
dịng 1A. Nguồn ni đảm bảo cung cấp đủ công suất cho các khối khác.
 Khối nguồn gốm 2 cấp điện áp khác nhau:
 Đầu vào 220 VAC ra 24 VDC
 Đầu vào 12 VDC ra 5 VDC
3.2.2.2. Khối tạo dao động
 Khối tạo dao động gồm mạch tạo dao động RC, biến áp xung fermit, transformer,
cuộn lọc, transformer FJP3009npn, đầu dò UCE-VT-4060PZT-4, đi-ốt HER207.
 Đầu dò UCE-VT-4060PZT-4: chuyển đồi năng lượng điện sang năng lượng cơ.Tần
số 40kHz, cơng suất điện 60W.

SVTH: NHĨM 2-D8DTVT2

GVHD:TH.S ĐINH VĂN TUẤN