Tipo de transdutor ultrassônico: comparação de transdutor magnetostritivo e piezoelétrico

Tipo de transdutor ultrassônico: comparação de transdutor magnetostritivo e piezoelétrico

Existem dois tipos de transdutores para gerar as ondas sonoras necessárias ao processo: piezoelétricos e magnetostritivos. Embora suas funções sejam suficientes para torná-lo um lugar no mercado, cada tipo de transdutor ultrassônico possui características próprias, tornando-o mais adequado para tarefas específicas. Para compará-los, é necessário estudar como funcionam e suas respectivas características.

1. Princípio de funcionamento

A tecnologia piezoelétrica usa um cristal com propriedades elétricas especiais feito de titanato de zirconato de chumbo. No transdutor, esse material de cristal tem dois fios presos a faces opostas. Em seguida, o cristal e a fiação são montados na caixa entre as duas placas de metal. Quando a corrente flui através da fiação e entra no cristal, o cristal muda rapidamente de forma e se expande. Quando a corrente termina, o cristal retorna à sua forma original. O transdutor ultrassônico que usa essa tecnologia faz circular rapidamente a corrente através do cristal em uma frequência definida, gerando assim um efeito de ressonância.

O princípio de funcionamento de um transdutor ultrassônico magnetostritivo é que metais ricos em ferro se expandem e contraem quando submetidos a um campo magnético. Para tirar vantagem desse comportamento, núcleos de metal ricos em ferro são envolvidos em fios de cobre. O componente é então contido em um tanque. Quando a corrente passa pelo fio de cobre, o núcleo de metal se expande e se alonga. Como um transdutor piezoelétrico, uma corrente em uma frequência definida produz um efeito de ressonância.

2. Um caminho fixo

Um adesivo é usado para unir o transdutor ultrassônico piezoelétrico ao alojamento do limpador ultrassônico. Quando a tecnologia piezoelétrica foi introduzida pela primeira vez, isso criou problemas porque o adesivo enfraquecia e eventualmente falhava. Devido ao desenvolvimento da tecnologia de engenharia que pode ser usada na indústria aeronáutica, essa limitação não existe mais. Apesar do uso repetido, os adesivos modernos ainda não permitem a fixação do transdutor.

A carcaça do transdutor magnetostritivo é soldada diretamente ao tanque do limpador ultrassônico, fornecendo uma ligação firme e dificilmente quebrável.

3. Frequência do transdutor ultrassônico

O estado ideal de limpeza ultrassônica é operar na frequência de 40kHz-70kHz, mas o processo ainda pode ser realizado em uma ampla faixa de 25kHz-170kHz.

Os transdutores ultrassônicos magnetostritivos só podem funcionar em frequências de até 30 kHz, o que significa que seus usos aplicáveis ​​são muito restritos. Nesse caso, o melhor uso do sistema de limpeza ultrassônica do transdutor magnetostritivo é para máquinas grandes que possuem contaminantes de difícil remoção. O processo também não deve exigir uma limpeza completa do maquinário. Um exemplo dessa aplicação pode ser usado na linha de processamento de galvanoplastia.

Por outro lado, o transdutor ultrassônico piezoelétrico pode trabalhar em toda a faixa de 25kHz a 170kHz, tornando seu uso extremamente diversificado.

4. Consumo de energia

Os transdutores ultrassônicos magnetostritivos devem converter energia elétrica em energia magnética e, em seguida, usá-la para gerar energia mecânica. Todo o processo vai gerar muita energia desperdiçada, que geralmente é desperdiçada na forma de energia térmica.

O transdutor ultrassônico piezoelétrico pode converter corrente de baixa tensão em energia mecânica em uma única etapa, tornando-o altamente eficiente. Portanto, o transdutor piezoelétrico pode realizar mais trabalho enquanto consome a mesma quantidade de energia elétrica.

5. Nível de ruído do transdutor ultrassônico inerente

Quando as frequências harmônicas são geradas, as frequências sub-harmônicas são geralmente produzidas como produtos naturais. A frequência de operação da maioria dos transdutores piezoelétricos é de 40kHz ou mais, o que significa que o primeiro sub-harmônico gerado é de 20kHz, o que está além da faixa de audição humana normal.

Os transdutores ultrassônicos magnetostritivos geralmente operam a uma frequência de 30 kHz ou inferior, produzindo frequências sub-harmônicas audíveis. Essas frequências soam igual ao zumbido de transformadores ou elétricos de alta voltagem ouvidos de perto. Quando vários transdutores magnetostritivos são instalados no mesmo tanque de limpeza ultrassônica, o nível de ruído requer o uso de aparelhos auditivos de proteção.

6. Vida útil esperada do transdutor ultrassônico

Os transdutores piezoelétricos primeiro usam cristais de quartzo e, com o tempo, os cristais de quartzo acabam perdendo força. Desde então, os engenheiros criaram materiais cerâmicos semicondutores que podem ser pré-envelhecidos por meio de um processo especial, reduzindo assim o desgaste após a montagem dos componentes.

Combinado com novos compostos cristalinos, sua vida útil é tão longa quanto a dos transdutores magnetostritivos, e os transdutores magnetostritivos sempre desfrutaram de uma longa vida útil.