BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRUNG TÂM CÔNG NGHỆ VI ĐIỆN TỬ VÀ TIN HỌC BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY RỬA SIÊU ÂM TẠI VIỆT NAM Chủ nhiệm đề tài: MAI XUÂN SỸ 7512 28/9/2009 HÀ NỘI – 2008 Trung tâm công nghệ vi điện tử tin học Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ MỤC LỤC MỤC LỤC A Lý thuyết chung: I Công nghệ làm sạch: Công nghệ làm truyền thống: 2 Làm công nghệ rửa siêu âm: II Cấu tạo nguyên lý hoạt động máy rửa siêu âm Đầu dò siêu âm Bể rửa 13 Máy phát siêu âm 14 III Các yếu tố ảnh hưởng tới trình làm công nghệ rửa siêu âm 15 Quan hệ tần số kích thước bong bóng 16 Tác dụng hóa chất 177 Tác dụng nhiệt độ: 19 Tác dụng tần số 19 Tính quan trọng phân hủy khí 20 IV Một số ứng dụng cụ thể dùng kỹ thuật siêu âm 20 B Thực nội dung nghiên cứu: 211 I Đo tham số trở kháng, điện dung cảm biến phục vụ cho thiết kế 21 II Chế tạo máy phát tín hiệu phục vụ cho q trình nghiên cứu chế thử kích hoạt cơng suất đầu siêu âm 24 III Thiết kế xử lý trung tâm phục vụ trình điều khiển cấp tín hiệu máy phát kích hoạt công suất 29 IV Thiết kế chế tạo khuếch đại công suất 41 V Thiết kế mạch bảo vệ dòng tốc độ cao 47 VI Thiết kế chế tạo khí gá đỡ cho bể rửa siêu âm 53 VII Xây dựng hệ đo kiểm tra kết chế thử 54 VIII Rửa thử số dụng cụ y tế: 57 IX Quy trình cơng nghệ “Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm” phịng thí nghiệm 57 X Tính kỹ thuật máy: 60 C Kết luận kiến nghị: 61 Kết luận 61 Kiến nghị: 61 Phòng thiết bị điện tử chuyên dụng Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm Trung tâm công nghệ vi điện tử tin học Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ A Lý thuyết chung: I Công nghệ làm sạch: Công nghệ làm truyền thống: Làm vấn đề mà tất thường xuyên phải đối mặt hàng ngày Nói cách bao quát hơn, tẩy rửa chất liệu không cần thiết, rắc rối khỏi từ vị trí thiết bị phận cần làm Sự làm thực nhiều cách Một phương pháp truyền thống thông thường thủ công ngâm thiết bị dung dịch Phương pháp kết hợp tác động hóa học tác động học Phương pháp truyền thống chủ yếu dùng bàn chải, chổi để làm với phận có cấu trúc đơn giản, dùng cho bề mặt phẳng, nhẵn mà khơng phải vùng ngóc ngách hay chỗ khó cọ chải trực tiếp Ưu: • Quy trình rửa nhanh, đơn giản, khơng địi hỏi cơng nghệ cao • Rẻ tiền Nhược: • Khơng thể rửa thiết bị có cấu tạo phức tạp, có khe hở hẹp, ngóc ngách nhỏ bên thiết bị • Gây xước bề mặt dùng bàn chải chổi • Biến dạng bề mặt, cấu trúc gây gẫy vỡ chi tiết nhỏ, mỏng thiết bị Làm công nghệ rửa siêu âm: Ngày sản xuất công nghiệp ngày đại dây chuyền sản xuất đời bảo đảm sản xuất hàng triệu sản phẩm loại năm Thực tế địi hỏi chất lượng, độ đồng kích thước, độ lặp lại cao để bảo đảm lắp lẫn cách dễ dàng, tốn thời gian cơng sức hạ giá thành sản phẩm Để đạt điều dây chuyền cơng nghệ thường trang bị nhiều thiết bị rửa siêu âm công đoạn khác Bảo đảm làm “tuyệt đối” bề mặt sản phẩm trước bước sang công đoạn gia cơng khác sản phẩm Cơng nghệ rửa siêu âm đặc biệt cần công nghiệp chế tạo mạch điện tử có mật độ linh kiện cao, thiết bị chế tạo chi tiết khí kim loại, có hình dáng ngóc ngách, nhiều lỗ nhưng, Phòng thiết bị điện tử chuyên dụng Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm Trung tâm công nghệ vi điện tử tin học Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ phải có độ sạch, độ cứng, độ xác cao Cơng nghệ rửa siêu âm giúp xử lý bụi bẩn bề mặt chi tiết trước đưa vào cơng đoạn phủ mặt, làm bóng bề mặt Dưới xin mô tả công nghệ làm bề mặt kỹ thuật công nghệ làm siêu âm a Nguyên lý làm công nghệ rửa siêu âm Vậy siêu âm gì? Và ứng dụng để chế tạo máy rửa siêu âm? Cơng nghệ rửa vật thể hóa chất tẩy rửa tác động học ngày khơng cịn đáp ứng u cầu làm bề mặt nâng cao chất lượng sản phẩm sản xuất công nghiệp, tẩy rửa dụng cụ y tế, dụng cụ quang học, dụng cụ màng lọc tinh vi công nghệ sinh học cơng nghệ chế tạo hóa chất Với kết hợp số hóa chất tẩy rửa cơng nghệ rửa siêu âm cho phép làm bề mặt vật cần tẩy rửa vât thể có cấu tạo ngóc ngách, vết bẩn có kích thước nhỏ cỡ vài µm mà khơng xây xước làm biến dạng bề mặt hay hình dạng vật Sóng siêu âm sóng có tần số lớn 18kHz, tần số người nghe thấy Trong máy rửa siêu âm tần số sóng thường nằm dải từ 20kHz ÷ 200kHz Sóng siêu âm dùng máy rửa siêu âm áp dụng cho dây chuyền sản suất làm dụng cụ y tế có tần số lớn từ 10kHz ÷ 50kHz Các máy rửa siêu âm dùng tần số cao 50kHz ứng dụng để rửa dụng cụ quang học, màng lọc sinh học, công nghiệp, máy làm bệnh viện Sóng siêu âm máy rửa siêu âm sóng mang đầy đủ tính chất vật lý phương thức truyền, tính phản xạ, giao thoa sóng, v.v… môi trường truyền khác Khi sóng học tạo khơng khí hay chất lỏng, tác dụng áp suất lượng vật chất dồn nén tạo thành sóng, sóng dịch chuyển phía có áp suất thấp lan truyền theo hướng khác mạnh hướng thẳng trực tiếp lực đẩy Chùm sóng chứa vơ số chùm sóng có tần số cao tạo nên xuất búp sóng vơ vàn búp sóng nhỏ thường gọi Phịng thiết bị điện tử chuyên dụng Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm Trung tâm công nghệ vi điện tử tin học Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ bong bóng Kích thước bong bóng phát triển đa dạng, thông thường phụ thuộc vào tần số sóng siêu âm Sóng siêu âm cao kích thước sóng bong bóng nhỏ Những bong bóng di chuyển môi trường chất lỏng đập vào bề mặt vật cản đường truyền sóng Dưới tác dụng lực nén sóng bong bóng vỡ tung tạo vụ nổ, bắn hạt chất lỏng trực tiếp vào bề mặt vật Những vụ bắn phá chia cắt chất bẩn, bụi cặn phủ bề mặt kéo chúng khỏi vật có áp suất âm xuất lòng chất lỏng gần sát bề mặt vật Để cơng nghệ rửa siêu âm có hiệu suất cao phải áp dụng dung môi tẩy rửa phù hợp cho loại chất bẩn bảo đảm chất bị chia tách dễ hịa tan dung mơi tách dễ dàng khỏi bề mặt vật cần rửa Trong q trình rửa siêu âm lớp dung mơi tẩy rửa gần với bề mặt vật bị bão hòa mật độ chất bẩn tách khỏi vật tăng Như theo thời gian dung môi tẩy rửa lớp gần với bề mặt vật khả kích hoạt Để tăng hiệu suất tẩy rửa ta chao lắc vật thay đổi cường độ sóng siêu âm theo tần số thấp nhiều so với tần số làm việc thực tế sóng siêu âm Đối với bề mặt vật cần rửa có nhiều hốc, lỗ sâu vật có hình dáng ngoằn ngèo cần đặt vật bể rửa tư cho chất bẩn tách dễ dàng di chuyển khỏi lỗ, hốc Trong số trường hợp cần tạo dòng chất lỏng tuần hoàn dung dịch tẩy rửa Như để rửa siêu âm hiệu cao cần có quy trình rửa cụ thể cho đối tượng vật cần rửa dạng bụi bẩn bám vật b Q trình làm cơng nghệ rửa siêu âm Khi cấp điện cho cảm biến siêu âm, cảm biến tạo dao động sóng bề mặt với tần suất lớn 20.000 dao động/giây Sóng truyền trực tiếp vào thép không rỉ bể rửa siêu âm tạo xung kích có tần số cao lịng chất lỏng bể rửa siêu âm Dưới tác động xung kích học tần số cao vơ số bong bóng kích thước nhỏ tạo thời gian ngắn truyền theo hướng lòng chất lỏng dịch chuyển tuân thủ hoàn tồn định luật sóng chất lỏng Những chùm bong bóng dịch chuyển lên phía trước đập vào bề mặt vật cần rửa tạo bắn phá học lên bụi bẩn bám bề mặt Dưới Phòng thiết bị điện tử chuyên dụng Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm Trung tâm công nghệ vi điện tử tin học Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ tác động lực bắn phá bụi bẩn bị tách khỏi bề mặt dễ dàng tan vào dung môi tẩy rửa nhờ tác dụng hóa chất Như bọt nhỏ khả chui sâu lớn có tác dụng tẩy rửa bề mặt vật có lỗ có cấu tạo ngoằn nghèo phức tạp, mà công nghệ rửa thông thường đạt Hình mơ tả q trình tẩy rửa bề mặt vật Để cho dung dịch tẩy rửa hòa tan hạt bụi bẩn điều cần thiết dung dịch cần phải tiếp xúc trực tiếp với hạt bụi Trong trường hợp q trình tẩy rửa đóng vai trị tạo tiếp xúc hóa chất bụi bẩn Khi hóa chất hịa tan bụi bẩn lớp hóa chất gần sát bề mặt vật bị bão hòa tác dụng hịa tan ngày dày trình tảy rửa bị chậm lại hẳn Để trình làm nhanh cần bổ xung thường xuyên hóa chất tẩy rửa (xem hình vẽ) Với việc tạo bọt sóng bắn phá bề mặt bọt sóng, sóng siêu âm làm tăng hiệu suất tẩy rửa cách hạn chế 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 Phòng thiết bị điện tử chuyên dụng Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm Trung tâm công nghệ vi điện tử tin học Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ Một vài bụi bẩn khơng hịa tan mà bám cách lỏng lẻo bề mặt vật nhờ lực liên kết ion lực Cohesive Những bụi bẩn dễ dàng loại bỏ cách cưỡng lực lớn lực bám dính với bề mặt bụi bẩn tách khỏi bề mặt cách dễ dàng Xem hình dưới: Để trình tẩy rửa siêu âm đạt hiệu cao địi hỏi dung dịch tẩy rửa phải dính ướt hạt bụi bẩn cần làm Phòng thiết bị điện tử chuyên dụng Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm Trung tâm công nghệ vi điện tử tin học Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ Trong thực tế có nhiều dạng bụi bẩn khác tan khơng tan dung dịch tẩy rửa Để cơng nghệ rửa siêu âm có hiệu cần phải chọn chất tẩy rửa phù hợp cung cấp lượng siêu âm cần thiết yếu tố nhiệt độ không phần quan trọng thúc đẩy trình làm bề mặt Khác với kiểu tẩy rửa khác sóng siêu âm thơng qua bong bóng tiếp cận với điểm khác độ sâu, độ ngoắt nghéo, rửa bề mặt vật có hình dạng có hiệu Ưu điểm Có số ưu điểm lợi ích thực từ ứng dụng kỹ thuật sóng siêu âm đến việc làm xác • Nâng cao tốc độ làm Kỹ thuật làm sóng siêu âm nhanh phương thức làm thơng thường khác Tồn q trình làm mà khơng cần tách rời, tiết kiệm nhân lực làm cho kỹ thuật siêu âm lựa chọn mang lại lợi nhuận • Tính làm ổn định chắn khơng sánh Tác dụng làm đồng sóng siêu âm tất vật có kích lớn hay nhỏ, đơn giản hay phức tạp, đơn lẻ hay rửa nhiều phận lượt Công nghệ rửa siêu âm giúp ta làm kỹ lưỡng hoàn hảo chất bẩn toàn bề mặt vật khơng phụ thuộc vào người vận hành • An tồn quy định mơi trường từ việc giảm bớt nồng độ hóa học nguy hiểm hay thay ăn mịn chất làm trung gian • Làm giảm bớt tiếp xúc trực tiếp người vận hành với chất làm nguy hiểm • Tiết kiệm lượng, nhân lực giá thành thấp • Máy rửa siêu âm mang lại giá trị suất thực cho ứng dụng làm xác Phịng thiết bị điện tử chun dụng Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm Trung tâm công nghệ vi điện tử tin học Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ ,c Phạm vi ứng dụng: Bởi đặc điểm khả ưu việt nên kỹ thuật rửa siêu âm ứng dụng rộng rãi với phạm vi rộng 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 cơng nghiệp • Thiết bị chuyển mạch • Rơ le động • Phụ tùng đồ gá lắp, bánh răng… • Thiết bị xác • Bộ phận kim loại nhựa plastic • Các chi tiết làm kim loại 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 cơng nghệ hàn bề mặt • Cơng 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 ơxu cho máu • Thiết bị chữa Cơng nghệ hồn kim • Đồng hồ phụ kiện đồng hồ • Kim loại đá quý Phòng thiết bị điện tử chuyên dụng Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm Trung tâm công nghệ vi điện tử tin học Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ • • • • • Rửa phận phức tạp Công nghệ chuỗi hạt Đồ trang sức Tiền đồng xu Làm tượng, chai, lọ, bình cổ II Cấu tạo nguyên lý hoạt động máy rửa siêu âm Sơ đồ khối: Sơ đồ khối máy rửa siêu âm Để dẫn lượng siêu âm vào hệ có bể rửa siêu âm cần có cảm biến siêu âm, bể rửa máy phát siêu âm công suất Máy phát siêu âm công suất truyền lượng điện tần số định cho cảm biến siêu âm, cảm biến biến đổi lượng điện sang lượng dạng sóng Đầu dị siêu âm Hiện có hai loại hiệu ứng vật lý tạo nguồn sóng siêu âm công suất lớn là: Hiệu ứng từ rảo(Magnetostrictive) hiệu ứng áp điện (Piezoelectric) Phòng thiết bị điện tử chuyên dụng Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm Trung tâm công nghệ vi điện tử tin học Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ Sơ đồ bố trí chân đồ ngun lý: Đặc điểm: • Điện áp cung cấp: 15V • Cơng suất tiêu thụ: 700mW • Dịng vào: Vin = ±0.4V • Nhiệt độ làm việc: -200C÷ +700C Đặc tính điện học 250C: Ứng dụng tiêu biểu: • Bộ khuếch đại sóng AM/FM • Hệ thống âm vô tuyến • Bộ chuyển đổi cơng suất • Thiết bị siêu âm Phịng thiết bị điện tử chuyên dụng Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ 48 Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm Trung tâm công nghệ vi điện tử tin học Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ Sau tín hiệu khuếch đại, tín hiệu xoay chiều biến đổi sang tín hiệu chiều: Mạch tiêu biểu cho biến đổi tín hiệu AC/DC: Sơ đồ nguyên lý mạch biến đổi tín hiệu Với việc ứng dụng IC1 = IC2 = LF356, dải tần làm việc biến đổi từ 100Hz ÷ 100kHz Phòng thiết bị điện tử chuyên dụng Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ 49 Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm Trung tâm công nghệ vi điện tử tin học Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ Dùng LM393 – fast comparator làm so sánh tín hiệu Khi dịng điện lớn dịng đặt, comparator tạo tín hiệu bảo vệ q dịng để cắt tín hiệu khỏi khuếch đại công suất Dưới số thơng số IC LM393: Đặc điểm: • Nguồn cung cấp: 2Vdc đến 36Vdc • Dịng tiêu thụ: 0.4mA • Dòng vào offset: 5.0nA • Áp vào offset: 5.0mV • Điện áp vào tương thích với mức logic DTL, TTL, MOS, CMOS Đặc điểm: Phòng thiết bị điện tử chuyên dụng Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ 50 Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm Trung tâm công nghệ vi điện tử tin học Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ Lắp ráp kiểm tra hiệu bảo vệ, tốc độ bảo vệ: - Mạch in bảo vệ: - Partlist linh kiện: TT Linh kiện LF356 LM393 R1=R5=R6=10K R2=R3=R4=20K R7=5,6K R8=68k VR5K=5K C=10µF Số lượng 03 01 03 03 01 01 01 01 Kiểm tra hiệu chỉnh mạch Mạch bảo vệ lắp ráp hiệu chỉnh theo sơ đồ khối sau: Máy phát tín hiệu Bộ khuếch đại công suất dùng LM4780 Load Mạch bảo vệ output Rs Tín hiệu bảo vệ Sơ đồ khối mạch bảo vệ Chức khối: • Máy phát tín hiệu: máy phát âm tần có dải tần 1MHz, • Máy phát chức cấp tín hiệu dải tần đến 1MHz, điều chỉnh tần số, điện áp • Bộ khuếch đại cơng suất LM4780 khuếch đại tiêu biểu, dùng để tạo dòng tải có dải tần từ 50Hz ÷ 120kHz (Chi tiết xem chương 7) - Kết hợp LM4780 với RS để tạo tín hiệu tải Phịng thiết bị điện tử chuyên dụng Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ 51 Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm Trung tâm công nghệ vi điện tử tin học Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ - Khảo sát hiệu chỉnh bảo vệ dòng Với việc đặt giá trị Vref comparator ta đưa ngưỡng bảo vệ cho dòng điện tải RS Đặt máy phát chế độ f0 dải tần Ví dụ f0 = 40kHz Tăng biên độ máy phát đầu so sánh xuất tín hiệu bảo vệ Giá trị điện áp ghi đầu chỉnh lưu giá trị tương ứng dịng bảo vệ Phép hiệu chỉnh thực dải tần từ 100Hz ÷ 100kHz để xác định dải tần làm việc bảo vệ Lưu ý khuếch đại công suất luôn làm việc chế độ công suất lớn dễ bị hỏng nhiễu điện gây Việc gá lắp hiệu chỉnh phải thận trọng Công việc nghiên cứu công suất ln tạo hỏng hóc, phá hỏng tồn cơng việc nghiên cứu bạn làm Trong nghiên cứu đòi hỏi phải thận trọng để hạn chế tối đa tổn hao tiền bạc công sức Những kinh nghiệm thu từ việc thiết kế chế tạo bảo vệ việc thực thành công bảo vệ hạn chế nhiều rủi công sức tiền q trình thực đề tài Phịng thiết bị điện tử chuyên dụng Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ 52 Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm Trung tâm công nghệ vi điện tử tin học Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ VI Thiết kế chế tạo khí gá đỡ cho bể rửa siêu âm Bể rửa siêu âm có gắn cảm biến siêu âm đáy bể nhập ngoại từ hãng Branson Vật liệu bể rửa thép khơng rỉ 304, có kích thước sau: Bản vẽ gá đỡ bể rửa siêu âm ( Vật liệu PVC khơng thấm nước) Phịng thiết bị điện tử chuyên dụng Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ 53 Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm Trung tâm công nghệ vi điện tử tin học Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ VII Xây dựng hệ đo kiểm tra kết chế thử Trong trình chế thử nhiều phép đo, đánh giá khối chức thực nhằm phục vụ cho mục đích nghiên cứu Sau hồn thiện chế thử máy, thơng số cụ thể điện máy xác lập Để khẳng định tính ổn định máy cần đưa phép đo để xác định số thông số máy Ta cho máy chạy liên tục thời gian dài đo xác định lại thông số So sánh kết đo hai lần đo hai khoảng thời gian để đánh giá, phân tích tính ổn định máy a Các thông số cần đo: Dưới số thông số cần đo mà đề tài đưa nhằm đánh giá tính ổn định máy: • Điện áp đầu vào • Dịng điện tiêu thụ • Hệ số tổn hao cơng suất • Cơng suất tiêu thụ Sơ đồ khối hệ đo Hình 1: Mơ tả sơ đồ khối hệ đo • Nguồn điện lưới đưa vào biến áp tự ngẫu vơ cấp • Đầu biến áp vô cấp đưa vào máy đo thơng số điện vạn • Đầu máy đo thông số điện vạn máy rửa siêu âm Chức thiết bị sau: • Biến áp tự ngẫu vơ cấp: Phịng thiết bị điện tử chuyên dụng Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ 54 Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm Trung tâm công nghệ vi điện tử tin học Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ Là thiết bị cơng suất 2,5kW, có điện áp đầu vào 220V/50Hz Đầu cuộn thứ cấp, trì cung cấp điện cho đầu tiêu thụ có cơng suất 2kW Bằng cách xoay núm điều chỉnh điện áp ta thay đổi điện áp máy với dải điện áp đầu từ 0V – 240V Với thay đổi điện áp đầu vào máy rửa siêu âm, cho phép ta xác định công suất siêu âm thay đổi theo điện áp nguồn ni • Máy đo thơng số điện vạn năng: Đây máy đo thông số điện vạn Đức có độ xác cao o o o o Thông số kỹ thuật máy: Điện áp làm việc: 230VAC/50Hz Cơng suất lớn nhất: 3000W Dịng điện cực đại: 13A Độ xác: ±2% cho thiết bị đo 2500W ±4% cho thiết bị đo 2500W o Nhiệt độ làm việc: +10 đến +400C o Độ phân giải tham số: Dòng điện: 0.001A Điện áp: 0.1V Tần số: 0.01Hz Công suất: 0.1W/0.1VA cho 1.5 đến 1000W 1W/1VA với công suất 1000W Cos phi: 0.01 b Quy trình đo tiến hành: Lắp ráp sơ đồ điện hình Vặn núm điều chỉnh của biến áp vô cấp biến áp Bật công tắc điện máy rửa siêu âm ON, núm điều chỉnh thời gian “0” Sau nắp ráp thiết bị vặn núm điều chỉnh theo hướng dẫn trên, cắm phíc điện biến áp tự ngẫu vào ổ cắm điện bật cơng tắc máy Phịng thiết bị điện tử chun dụng Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ 55 Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm Trung tâm công nghệ vi điện tử tin học Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ - Vặn biến áp tự ngẫu để đầu 220V (đọc máy đo vạn năng) - Vặn công tắc đặt thời gian máy rửa siêu âm 15 phút - Đọc giá trị đo máy gồm U, I, f, cosΦ, P Đọc ghi lại giá trị đo sau thời gian 12 phút Các phép đo thực chế độ điện áp từ 225V – 190V với bước điều chỉnh 5V Lập bảng ghi lại giá trị đo lần 1, lần sau tháng, lần sau tháng Bảng 1: Uvào(V) I vào(A) F (Hz) CosΦ P (W) 190 0,19 50,33 0,98 41 195 0,35 50,14 0,99 70 200 0,6 50,1 0,93 120 205 0,715 50,37 0,95 144 207 0,77 50,1 0,97 158 214 0,775 50,37 0,98 170 Bảng 2: Uvào(V) 190 195 200 205 207 214 I vào(A) 0,191 0,36 0,61 0,72 0,78 0,79 F (Hz) 50,33 50,14 50,1 50,37 50,1 50,37 CosΦ 0,98 0,99 0,93 0,95 0,97 0,98 P (W) 42 72 125 148 160 175 c Nhận xét đánh giá chất lượng máy theo thông số đo theo thời gian Sau thời gian chạy thử tháng, nhìn vào bảng kết đo, so sánh kết đo trước sau tháng, ta thấy thiết bị làm việc ổn định, thông số đo nằm sai số quy định: Kết luận: Thiết bị hoạt động ổn định Phòng thiết bị điện tử chuyên dụng Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ 56 Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm Trung tâm công nghệ vi điện tử tin học Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ VIII Rửa thử số dụng cụ y tế: Để thiết bị khẳng định tính ứng dụng thực tiến, sau cho chạy thử phịng thí nghiệm chúng tơi hợp tác với Viện kỹ thuật y học hàng không việc dùng thiết bị để rửa số dụng cụ y tế bệnh viện phía Viện trực tiếp cử người thực nhiệm vụ Viện có biên nhận xét, đánh giá khả làm thiết bị Tuy kết chưa đưa nhiều loại dụng cụ dùng để rửa công nghệ rửa siêu âm máy đề tài chế tạo đánh giá khách quan Viện khẳng định phần khả ứng dụng thiết bị lĩnh vực y tế Việc tiến hành ứng dụng thiết bị để thử nghiệm công nghệ làm số dụng cụ y tế kỹ thuật siêu âm đòi hỏi tốn hố chất cơng sức thời gian Để sớm đưa thiết bị vào ứng dụng mức độ cao đề nghị Viện lãnh đạo Bộ cấp kinh phí cho việc thử nghiệm cơng nghệ làm số dụng cụ y tế thiết bị rửa siêu âm hiệu ứng dụng đề tài cao IX Quy trình cơng nghệ “Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm” phịng thí nghiệm Qua thực tế thực nghiệm chúng tơi thấy viết qui trình cơng nghệ thiết kế, chế tạo máy rửa siêu âm phịng thí nghiệm gồm bước sau: a Tính tốn, thiết kế tổng thể máy rửa siêu âm Căn vào mục tiêu ứng dụng, người thiết kế cần đưa số thông số máy: - Kết cấu, cấu trúc máy, yêu cầu bể rửa, môi trường làm việc, công suất máy chế độ làm việc - Hệ thống cấp, thoát nước cho bể rửa - Các giá đựng, khay đựng dụng cụ đặt bể - Chọn lựa bể siêu âm theo thêt tích, cơng suất điện số lượng cảm biến - Chọn lựa chất tẩy rửa phù hợp xếp trình tự trình tẩy rửa hợp lý nhằm nâng cao hiệu suất công suất - Đề mạch chức thiết bị Phịng thiết bị điện tử chuyên dụng Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ 57 Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm Trung tâm công nghệ vi điện tử tin học Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ - Chế tạo mạch chức đo kiểm tra đánh giá mạch chức - Lắp ráp khí vỏ hộp cụm khí máy - Lắp ghép khối mạch chức kiểm tra đánh giá tính kỹ thuật đạt sau lắp ghép - Lắp ráp tổng thể máy, đo kiểm tra toàn máy sau lắp ráp - Cho máy chạy dài ngày phịng thí nghiệm - Nêu quy trình vận hành máy rửa cho số dụng cụ cần rửa với việc sử dụng thành phần, phần trăm hóa chất tẩy rửa, nhiệt độ làm việc bể rửa - Quy trình đo kiểm tra đánh giá chất lượng máy thông qua xác định thông số kỹ thuật đề b Chọn lựa vật tư, vật liệu, hóa chất đủ số lượng, theo yêu cầu kỹ thuật Ở cần đưa ra: • Số lượng, chủng loại, kích thước bể rửa • Vật tư, vật liệu cho khí gá lắp khí hộp máy • Nguồn cơng suất máy, tần số làm việc khuếch đại công suất kích hoạt siêu âm • Các chế độ điều khiển vật tư, vật liệu cho điều khiển • Xác định trở kháng máy c Thiết kế gia công chế tạo mạch chức - Lắp ráp thử panel - Sắp xếp linh kiện, chế tạo mạch in - Hàn linh kiện đo kiểm tra mạch chức - Đo kiểm tra mạch chế thử d Lắp ráp theo cụm, theo khối kiểm tra Đây bước lắp ráp quan trọng cần phải thử phịng thí nghiệm, sau đo kiểm tra – khơng đạt thông số kỹ thuật, cần đưa nguyên nhân không đạt – phải hỏi ý kiến với phận thiết kế mạch e Cải tiến hoàn thiện khâu chế thử khối mạch Thực hoàn thiện chế thử theo thiết kế phản hồi ý kiến từ công đoạn chế thử nêu mục Phòng thiết bị điện tử chuyên dụng Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ 58 Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm Trung tâm công nghệ vi điện tử tin học Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ e Lắp ráp hoàn thiện chế thử máy lần I Các khối, cụm mạch sau hoàn thiện chế thử lắp ráp lại với tạo máy chế thử Cho máy hoạt động chế độ tải yếu để đánh giá tính hoạt động ổn định máy Nếu trình chạy thử phát có vấn đề - lỗi cần phân tích phản hồi phận thiết kế - bước thực trình tự mục f Hoàn thiện chế thử thử nghiệm chạy máy dài ngày chạy thử ứng dụng phịng thí nghiệm Đây bước cuối công đoạn nghiên cứu chế thử Trong số trường hợp, việc thực chạy máy dài ngày phịng thí nghiệm nhằm mục đích đánh giá tính ổn định, tuổi thọ vật tư, linh kiện tuổi thị thiết bị, thử nghiệm điều kiện môi trường khắc nghiệt chế độ phải gấp đôi so với thực tế thiết bị quân Đối với thiết bị y tế, số trường hợp phải tính đến số chạy máy Phòng thiết bị điện tử chuyên dụng Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ 59 Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm Trung tâm công nghệ vi điện tử tin học Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ Dưới lược đồ quy trình cơng nghệ chế tạo thiết bị phịng thí nghiệm Tính tốn thiết kế kết cấu, cấu tạo, sơ đồ nguyên lý máy Đặt yêu cầu kỹ thuật cho việc thiết kế, chọn lựa vật tư, linh kiện Thiết kế kết cấu, cấu trúc khí máy Thiết kế khối chức máy Sắp xếp trình tự bước, thao tác vận hành máy Thiết kế, chế thử khối mạch rời rạc Không đạt Không đạt Không đạt Chạy thử, đo kiểm tra phịng thí nghiệm Đạt Lắp ráp chế thử máy Đạt Hoàn thiện chế thử máy Chạy thử, đo kiểm tra Lắp ráp cụm mạch chức Thử nghiệm, chạy máy dài ngày thử nghiệm ứng dụng Đạt Chạy thử, đo, kiểm tra Đo kiểm tra đánh giá toàn X Tính kỹ thuật máy: Dưới sản phẩm kết quả: Thể tích bể: 10 lit Nguồn nuôi: 220V/50Hz Tần số siêu âm: 42kHz Công suất điện: 180W Cơng tắc đặt thời gian: 60 phút Phịng thiết bị điện tử chuyên dụng Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ 60 Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm Trung tâm công nghệ vi điện tử tin học Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ C Kết luận kiến nghị: Kết luận: • Đề tài hồn thành tất tốt tất nội dung, mục tiêu đề tài • Đã chế tạo thành công thiết bị hoạt động tốt, ổn định • Đã ứng dụng thiết bị vào việc rửa sở y tế Kiến nghị: Lĩnh vực làm dụng cụ, chi tiết máy có độ cao cơng nghệ rửa siêu âm có ý nghĩa lớn cơng nghiệp, y tế, sinh học, hố dầu v.v…vì cho phép đề tài triển khai, nghiên cứu ứng dụng, chế tạo nhiều thiết bị có cơng suất tần số khác ứng dụng rửa chi tiết dụng cụ y tế công nghiệp an ninh quốc phòng nhằm phục vụ cho chủ trương đại hố, cơng nghiệp hố nước nhà Chúng tơi xin chân thành cảm ơn hợp tác nhiệt tình số cán lãnh đạo Viện y học hàng khơng tận tình giúp đỡ chúng tơi công tác nghiên cứu Chúng xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Trung tâm, lãnh đạo Viện, lãnh đạo tất quan trức Bộ ủng hộ tạo điều kiện tốt để đề tài hồn thành tốt nhiệm vụ Phịng thiết bị điện tử chuyên dụng Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ 61 Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm Trung tâm công nghệ vi điện tử tin học Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ Tài liệu tham khảo • Một số hãng chế tạo thiết bị siêu âm tạp chí viết cơng nghệ siêu âm ứng dụng: • Brason Ultrasonic Internation (USA) • Piezoceramic tutorial (Piezo Systems.inc) • Theory of Ultrasonic metal welding (American technology inc) • Power Ultrasonic equipment for Sonochemistry reseach (Sonic System U.K) • Ultrasonic washing of Textiles (Instiute of acoustic, Madrid, Espanol) • APC internaltional Ltd (Tạp chí kỹ thuật số) • Hãng NTS Ultrasonic (Australia): Chế tạo máy rửa siêu âm, chế tạo đầu dị siêu âm, chế tạo máy cơng nghiệp dùng kỹ thuật siêu âm • Fuji ceramics coorporation (Japan): Sản phẩm h•ng gồm đầu dị máy cơng nghiệp • Một số sách nói kỹ thuật siêu âm: - Piezoelectric Converters modelling and characterzization(8/2004) - Design and modelling of power ultrasonic transducer Phòng thiết bị điện tử chuyên dụng Chủ nhiệm: Mai Xuân Sỹ 62 Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm ... Cấu tạo nguyên lý hoạt động máy rửa siêu âm Sơ đồ khối: Sơ đồ khối máy rửa siêu âm Để dẫn lượng siêu âm vào hệ có bể rửa siêu âm cần có cảm biến siêu âm, bể rửa máy phát siêu âm công suất Máy. .. biến máy rửa siêu âm 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 Phòng thiết bị điện tử... Sỹ 13 Thiết kế chế tạo máy rửa siêu âm Trung tâm công nghệ vi điện tử tin học Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ Cấu tạo bể rửa siêu âm đầu dò gắn đáy bể Máy phát siêu âm Hiện