Langevin 的科学教用石英的压电效应设计了石英换能器。这是人类第一次设计出能控制声波频率和声强的超声装置。现在超声波技术发展迅速, 在军事和工业生产中扮演着重要作用。通常将超声技术分为检测超声和功率超声两类。检测超声是利用超声的波动特性, 来采集信息, 特别是物质的内部信息, 这是一种超声的被动应用, 比如超声的探伤技术。功率超声是超声的主动应用, 利用超声波本身的能量和特性来改变材料的一些有用的性质和状态, 比如超声波清洗技术。通常用的超声波清洗装置都采用 20~80KHz 频率的超声,主要应用于机械、电子和医疗等工业, 总体来说其应用范围非常广泛, 发展也是非常迅速。超声波清洗效率高, 易于实现自动控制。对形状复杂、造型不规则的工件有着不可比拟的清洗效果, 所以特别适合中餐各种各样的餐具的洗涤。 3.2 超声清洗机理 3.2.1 超声空化作用超声空化作用是超声清洗的最主要机理。在液体中溶解有部分空气,这些微小气泡存在于液体中,称为空化核。当超声波产生时,会带动液体振动。在这些液体运动的过程中又会融入更多的微气泡。液体振动时其密度会发生变化。在液体密度大的地方会对空化核产生正压力, 液体密度小的地方会对空化核产生负压力。当声压达到一定值时, 这些空化核在受负压力的时候, 会对外迅速膨胀成为较大的气泡, 在正压力作用下会迅速闭合, 产生巨大的冲击和局部压力, 据估算闭合时的局部压力能达到上千个大气压。闭合时产生的巨大压力能冲击难溶的油污, 使其从餐具上脱落。同时闭合的巨大压力能带动水中的磨料粒子撞击餐具表面,是油污脱落。超声清洗除了空化作用,还有一系列伴随作用,具体如下: 微射流: 由于空化闭合时, 开始是球形, 然后不对称闭合, 形成一个指向餐具表面的液体射流,其速度大于 100m/s ,对餐具上残留的油污形成冲击, 同时增大了洗涤液的渗透作用, 称为声学毛细管效
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