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Les transducteurs ultrasoniques sont des céramiques piézoélectriques qui résonnent à des fréquences ultrasoniques et convertissent les signaux électriques en vibrations mécaniques par l'effet piézoélectrique du matériau. Lorsque le transducteur est utilisé comme transmetteur, le signal électrique oscillant envoyé par la source d'excitation provoque un changement dans le champ électrique ou magnétique de l'élément de stockage d'énergie électrique du transducteur, ce qui modifie le système de vibrations mécaniques du transducteur par quelque effet. Une force motrice est générée pour provoquer la vibration, propulsant ainsi le milieu en contact avec le système de vibrations mécaniques du transducteur à vibrer et rayonnant des ondes sonores dans le milieu.
Les sondes groupées peuvent être utilisées pour piloter une seule pile ultrasonique. Par rapport à un transducteur de grand diamètre unique, chacun des transducteurs plus petits possède des composants piézocéramiques de plus petit diamètre qui permettent potentiellement une précontrainte piézocéramique plus uniforme.
Comme les piezoceramics ont des diamètres plus petits, le chemin de conduction thermique radiale pour la chaleur piezoceramique sera plus petit. La chaleur peut alors être dirigée plus facilement vers la périphérie piézocéramique afin que la piézocéramique reste plus froide pour un flux d'air convectif donné.
En outre, les piézocéramiques plus petites permettront une plus grande surface périphérique pour le refroidissement par convection de l'air. Par exemple, prenons un transducteur simplifié qui utilise un seul piezoceramique de Ø 50 mm x 5 mm d'épaisseur. (Ici, tout alésage piézocéramique central est ignoré.) Le volume piézocéramique est de 9818 mm3 et la zone périphérique est de 785 mm2. Supposons maintenant que ce transducteur avec le piézocéramique simple soit remplacé par deux transducteurs ayant le même volume piézocéramique total (en supposant encore une seule piézocéramique pour chaque transducteur). Avec cette stipulation, le diamètre piézocéramique requis est de 35.4 mm et la surface piézocéramique périphérique totale obtenue est de 1112 mm2. Dans cet exemple, l'utilisation d'un système à double transducteur augmente la surface piézocéramique périphérique totale de 42 %, ce qui peut entraîner une amélioration significative du refroidissement, permettant ainsi une puissance de passage supérieure.
Le soudage par ultrasons est utilisé dans de nombreux secteurs pour assembler des matériaux thermoplastiques. Pendant le soudage par ultrasons, des vibrations mécaniques à haute fréquence et une pression de compression sont appliquées aux matériaux plastiques. Cela crée une friction intermoléculaire dans le plastique, ce qui augmente la température suffisamment élevée pour atteindre le point de fusion. Lors de la production de gros volumes dans les environnements de fabrication, le composant du système de soudage par ultrasons qui tombe le plus souvent en panne est le transducteur, qui est responsable de la création des vibrations. Le transducteur convertit l'énergie électrique en énergie mécanique au moyen d'un matériau en céramique polycristalline PZT (titanate de zirconate de plomb) piézoélectrique polarisé utilisant une tension haute fréquence. Le transducteur est composé de disques PZT ronds fixés à un corps usiné en titane au moyen d'un boulon central. Le boulon crée une pré-contrainte de compression qui empêche toute contrainte de traction dans les cristaux fragiles pendant les vibrations et assure un couplage parfait entre tous les composants. Les cristaux PZT piézoélectriques se comportent selon des équations électriques et mécaniques couplées linéaires. L'ensemble transducteur vibre près de la fréquence de résonance parallèle pour maximiser l'efficacité et l'amplitude de sortie.
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Transducteurs ultrasoniques haute puissance avec deux piles parallèles pour le soudage
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Élément |
Paramètre |
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Fréquence |
14.5 à 15,1 Khz |
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Puissance |
4200W |
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Impédance |
14 |
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Capatance |
18000 à 2 000 pf |
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