Использование ультразвука в промышленности: Применение ультразвука в промышленности

Содержание

Применение ультразвука в промышленности

Практическое использование человеком ультразвука начато после открытия в 1880 году братьями Жаком и Пьером Кюри пьезоэлектрического эффекта («Пьезо» - по гречески «дарить»). [1]. Впервые этот эффект обнаружен у горного хрусталя (разновидности кварца).
Сущность пьезоэффекта заключается в следующем: если деформировать пластину кварца, то на ее гранях появляются противоположные по знаку электрические заряды, это явление называется прямым пьезоэффектом.
Механизм прямого пьезоэффекта объясняется возникновением и изменением дипольного момента элементарной ячейки кристаллической решетки в результате смещения зарядов под действием механического напряжения. Таким образом, на гранях пьезоэлектрического материала возникают электрические заряды.
Но оказалось, что существует и обратный пьезоэффект. Если прикладывать к пластине переменное электрическое напряжение, то кристалл начинает сжиматься и расширяться (изменять геометрические размеры), с частотой прикладываемого напряжения. Механизм обратного пьезоэффекта заключается в следующем. При действии электрического поля на элементарные заряды в ячейке, происходит их перемещение и как следствие изменение средних расстояний между ними, то есть деформация всего кристалла.
Изготовленная из пьезоэлектрического материала деталь простой геометрической формы (стержень, пластина, диск, цилиндр и т. п.) с нанесенными на ее определенные поверхности электродами называется пьезоэлементом.
Пьезоэлементы входят в состав пьезоэлектрического преобразователя. Преобразователь обеспечивает преобразование энергии электрических колебаний в энергию механических колебаний и вводит ее в обрабатывающиеся среды.
Естественный кварц дорог и поэтому были созданы искусственные пьезоматериалы на основе титаната бария и цирконата титаната свинца. У этих материалов пьезоэффект в 100 раз больше, чем у кварца.
Аналогичные материалы были обнаружены среди магнитных материалов и получили название магнитострикционных материалов.
Оказалось, что помещение магнитострикционного стержня в направленное вдоль него магнитное поле приводит к изменению геометрических размеров стержня.
На основе магнитострикционных и пьезокерамических материалов разрабатываются ультразвуковые преобразователи преобразователи – устройства, обеспечивающие преобразование энергии электрических колебаний в механические упругие колебания.
Для чего же можно использовать УЗ колебания? Одно из основных применений ультразвука связано с возможностью переноса в материальных средах огромных энергий, направленных на развитие и совершенствование промышленных технологий.
Перспективным направлением интенсификации технологических процессов является использование энергии механических колебаний ультразвуковой частоты высокой интенсивности.
Эффективность УЗ воздействий на различные технологические процессы подтверждена многочисленными исследованиями и опытом, позволившими установить следующее:
1. Применение ультразвуковых колебаний высокой интенсивности обеспечивает 10....1000 кратное ускорение процессов, протекающие между двумя или несколькими неоднородными средами (растворение, очистку, обезжиривание, дегазацию, крашение, измельчение, пропитку, эмульгирование, экстрагирование, кристаллизацию, полимеризацию, предотвращение образования накипи, гомогенизацию, эрозию, химические и электрохимические реакции и многое другое). При этом увеличивается выход полезных продуктов (например, экстрактов) и им придавались дополнительные свойства (например, биологическая активность и стерильность), а также удается получить вещества с новыми свойствами (например, тонкодисперсные эмульсии и суспензии).
2. Использование ультразвуковых колебаний позволяет осуществлять технологические процессы, не реализуемые, или сложно реализуемые, традиционными методами - обеспечивать размерную обработку (сверление, снятие фасок, выполнение пазов) хрупких и твердых материалов, таких как керамики, полупроводниковые материалы, стекло, самоцветы, ферриты, сверхтвердые сплавы и стали.
3. Ультразвуковые колебания позволяют интенсифицировать многие процессы, происходящие на границе контакта материалов (сварку полимерных материалов, склеивание, пропитку различных материалов), ускоряя технологические процессы и повышая качество получаемых изделий.
Несомненные и уникальные достоинства УЗ технологий должны были обеспечить их широчайшее использование при решении сложных проблем современных производств, ориентированных на выпуск конкурентоспособной продукции.
К сожалению, отмеченные выше достижения ультразвуковых технологий до настоящего времени мало известны широкому сообществу промышленников и достаточно редко используются в практической производственной и бытовой деятельности.

Применение ультразвука в промышленности

Электронный ресурс

Хмелев В.Н., Сливин А.Н., Барсуков Р.В., Цыганок С.Н., Шалунов А.В.


Электронный ресурс посвящен применениям ультразвуковых колебаний высокой интенсивности в различных отраслях промышленности и базируется на результатах современных научных исследований, проводимых предприятиями и организациями страны, а также на зарубежных научных публикациях последних лет.
На ресурсе изложены теоретические основы получения и распространения ультразвуковых колебаний высокой интенсивности в жидких, твердых, газовых средах и полимерных термопластичных материалах. Практические результаты основаны на материалах исследований и разработок ультразвуковых аппаратов и технологий различного назначения, выполненных за последние двадцать лет авторами в лаборатории акустических процессов и аппаратов Бийского технологического института (филиала) государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова».
Электронный ресурс может быть использован в качестве дополнительного учебного пособия для подготовки студентов специальностей и направлений: «Биотехнология», «Автоматизированное производство химических предприятий», «Химическая технология полимерных композиций, порохов и твердых ракетных топлив», «Химическая технология органических соединений азота», «Машины и аппараты пищевых производств», «Приборостроение», «Конструкторско-технологическое обеспечение автоматизированных машиностроительных производств», «Товароведение и экспертиза товаров (по областям применения)» и могут быть рекомендованы для магистрантов, аспирантов и специалистов по материаловедению, машиностроению и приборостроению.

© Хмелев В.Н., Сливин А.Н., Барсуков Р.В., Цыганок С.Н., Шалунов А.В., 2010

© Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, 2010


© 2020, ООО «Центр ультразвуковых технологий»
Любое использование материалов сайта возможно лишь с разрешения правообладателя и только при наличии ссылки на www.u-sonic.ru

Создание сайта - Mitra

Применение ультразвука в промышленности

Ультразвуковыми называют упругие механические ко­лебания с частотой выше 20 кГц, которые не восприни­маются человеческим ухом. Наиболее короткие ультразвуковые волны имеют длину порядка длин волн видимого света. Ультразвуковые волны, так же как и све­товые, отражаются от препятствий, их можно фокусиро­вать и т. п.

При распространении ультразвуковых колебаний в жидкой среде в последней возникают чередующиеся сжатия и растяжения с частотой проходящих колебаний; в момент растяжения происходят местные разрывы жид­кости и образуются полости (пузырьки), заполняющиеся парами жидкости и растворенными в ней газами. В мо­мент сжатия пузырьки захлопываются, что сопрово­ждается сильными гидравлическими ударами. Это явле­ние называется кавитацией. Местные ударные давле­ния при этом часто превышают 980 МПа.

Используемые в промышленности источники ультра­звука могут быть разделены на две группы: механиче­ские и электромеханические.

Из механических источников ультразвука наибольшее применение получили динамические (сирены) и статиче­ские (свистковые). Сирены имеют статор с отверстиями и ротор из перфорированного диска. При подаче в кор­пус сирены пара, газа или сжатого воздуха ротор вра­щается, периодически закрывая и открывая отверстия статора, создавая механические колебания. Сирены ши­роко применяют, например, для осаждения тумана сер­ной кислоты и мелкодисперсной сажи в процессе их производства.

Из статических источников ультразвука (генераторов) наиболее известен свисток Гартмана, в котором зву­ковые колебания возникают при ударе струи газа, движу­щейся со сверхзвуковой скоростью из сопла в цилиндри­ческий резонатор.

Из электромеханических источников наибольшее при­менение получили магнитострикционные и пьезокерамические преобразователи.

Основной частью магнитострикционного преобразова­теля служит так называемый двигатель из ферромагнит­ного материала, обладающий способностью изменять свои размеры в магнитном поле. Например, стержень из никеля, помещенный в магнитное поле, укорачивается, а стержень из железокобальтового сплава (пермендюра) — удлиняется.

Пьезоэлектрический эффект заключается в том, что при растяжении и сжатии в определенных направлениях некоторых кристаллов, например кварца, на их поверхности возникают электрические заряды (прямой пьезоэффект).

Если к такой кварцевой пластинке подвести электри­ческий заряд, то она изменит свои размеры (обратный пьезоэффект). При действии на пластинку переменного электрического поля она будет сжиматься или разжи­маться синхронно с изменением приложенного напряже­ния. Прямой пьезоэлектрический эффект используется в приемниках ультразвуковых колебаний, где последние преобразуются в переменный ток.

Обратный пьезоэффект используется при изготовле­нии излучателей ультразвуковых колебаний, которые преобразуют электрические колебания в механические, главным образом, более высоких частот по сравнению с магнитострикционными.

В последние годы широкое распространение получили вибраторы из пьезокерамики, обладающие более высо­ким пьезоэффектом, чем природный кварц.

Одним из основных технологических применений уль­тразвука является интенсификация многих техно­логических процессов.

Ультразвуковые колебания применяются при ускоре­нии таких процессов, как полимеризация (например, уль­тразвуковая обработка эмульсии при изготовлении ис­кусственного каучука).

Значительно ускоряет ультразвук кристаллизацию различных веществ из пересыщенных растворов (вин­ной кислоты, фтористого алюминия и др.).

С помощью ультразвука можно ускорить и растворе­ние твердых веществ в жидкости. Например, продолжи­тельность растворения вискозы в процессе изготовления химических волокон при применении ультразвука сокра­щается с 7 до 3 ч.

Ультразвук позволяет ускорить экстракционные про­цессы, например получать рыбий жир из рыбьей печени без значительного повышения температуры, что позво­ляет сохранить в нем все ценные витамины.

В химических процессах ультразвук применяют для очистки деталей (подшипников, электрических контак­тов и др.) и сборочных единиц от загрязнений.

Качество ультразвуковой очистки несравнимо с дру­гими способами. Например, при очистке деталей в раз­личных органических растворителях на их поверхности остается до 80% загрязнений, при вибрационной очист­ке — около 55 %, а при ультразвуковой — не более 0,5 %.

Ультразвуковые методы в большинстве случаев обеспе­чивают полную очистку деталей от технических загрязне­ний.

Ультразвуковая очистка производится в органических растворителях или водных растворах моющих веществ.

В последние годы преимущественное распространение получают водные растворы моющих веществ благодаря их негорючести и отсутствию токсичных компонентов, низкой стоимости, способности удерживать загрязнения во взвешенном состоянии без повторного осаждения их на очищаемую поверхность. В качестве водных моющих растворов применяются растворы щелочей и щелочных солей с добавками поверхностно-активных веществ. При очистке в таких растворах происходит одновременно эмульгирование и омыление загрязнений.

Продолжительность ультразвуковой очистки зависит от характера загрязнений и моющих растворов и не пре­вышает 10—15 мин.

Пайка некоторых металлов и сплавов, например алю­миния, нержавеющих сталей и др., обычными способами затруднена из-за наличия на их поверхностях прочной, трудноудаляемой оксидной пленки. Введение ультразву­ковых колебаний в расплавленный припой приводит к разрушению пленки и облегчает смачивание припоем поверхности, подлежащей пайке или лужению, облегчает и ускоряет процесс пайки, повышает качество паяных со­единений. Внедрение ультразвука при пайке алюминия уменьшает трудоемкость процесса на 20 — 30%. С по­мощью ультразвука можно облуживать изделия из кера­мики.

Сущность ультразвуковой размерной об­работки заключается в том, что между инструментом, соединенным с излучателем, и заготовкой вводится абра­зивный материал, который воздействует на обрабатывае­мую поверхность. В качестве абразивных зерен приме­няют алмаз, корунд, наждак, кварцевый песок, карбид бора, карбид кремния и др.

Ультразвуком можно обрабатывать как хрупкие ма­териалы (стекло, керамику, кварц, кремний, германий и др.), так и жаропрочные твердые (закаленные и азоти­рованные стали, твердые сплавы), применяемые, в част­ности, для изготовления металлорежущего инстру­мента.

Ультразвуковая обработка может производиться сво­бодно направленным абразивом, например при декоративном шлифовании и для снятия заусенцев у мелких деталей.

Размерная обработка инструментом обеспечивает вы­сокую точность, позволяет получать сквозные и глухие отверстия, вырезы, осуществлять шлифование, клейме­ние, гравирование и другие операции.

Наряду с преимуществами ультразвуковой метод имеет и недостатки: сравнительно небольшая площадь и глубина обработки, большая энергоемкость, невысокая производительность процесса и большой износ инстру­мента.

Электроэрозионная обработка

Электроэрозионные методы обработки применимы для всех токопроводящих материалов. Эти методы осно­ваны на явлении эрозии (разрушения) поверхности токо­проводящих электродов от разрядов при пропускании между ними импульсного электрического тока.

Разрушение материала происходит из-за его локаль­ного оплавления и выброса расплавленного материала в виде парожидкостной смеси.

Все виды электроэрозионной обработки осущест­вляются в жидкостной среде — керосине, нефтяном мас­ле, дистиллированной воде.

При прохождении искрового разряда в жидкости на­чинается бурное газообразование, в результате чего жид­кость как бы взрывается, что способствует удалению продуктов эрозии из рабочей зоны. Кроме того, рабочая жидкость препятствует окислению поверхности обра­батываемого материала.

Основными разновидностями электроэрозионных ме­тодов являются электроискровая и анодно-механическая обработка.

Электроискровая обработка широко при­меняется в инструментальном производстве при изготов­лении штампов, литейных форм и прессформ, а также в основном производстве при размерной обработке заго­товок деталей сложных профилей из труднообрабаты­ваемых электропроводящих материалов. С ее помощью можно получать сквозные и глухие отверстия различной конфигурации, криволинейные щели и пазы, вырезать сложный контур, клеймить детали, удалять из заготовок сломанный инструмент и т. п.

Принципиальная схема установки приведена на рис. 18.57, а. Источник питания — генератор 3 однополярных импульсов заряжает конденсатор 5 до напряжения про­боя в промежутке между электродом-инструментом 2 и обрабатываемой заготовкой 1. При пробое энергия, на­копленная конденсатором 5, мгновенно выделяется в ви­де разряда.

Из-за малой длительности разряда заготовка и рабо­чий электрод практически не нагреваются, хотя основная часть накопленной энергии превращается в теплоту, иду­щую на плавление и испарение обрабатываемого мате­риала.

Под действием многочисленных разрядов в обра­батываемом материале образуется выемка, представляю­щая собой отпечаток торца электрода-инструмента. Станки для электроискровой обработки снабжены про­граммно-управляющими устройствами, которые обеспе­чивают постоянный зазор между заготовкой и инстру­ментом, продольное перемещение инструмента и регули­рование подачи. Производительность процесса зависит от частоты следования импульсов, энергии разряда, свойств обрабатываемого материала, материала и формы электрода-инструмента. При оптимальных ре­жимах обработки, устанавливаемых с помощью перемен­ного сопротивления 4, конфигурация детали обеспечи­вается с погрешностью ± 0,005 мм.

Обработку профильным электродом применяют для получения сквозных и глухих отверстий с различной фор­мой поперечного сечения.

В настоящее время наибольшее применение получил метод электроискровой обработки непрофилированным электродом-проволокой. При этом (рис. 18.57,6) электрод-проволока 2 диаметром 0,02 — 0,5 мм (в зависимости от требуемой точности обработки) перематывается с опре­деленной скоростью с подающей катушки 4 на приемную катушку 1, воспроизводя любой заданный контур. При вырезании замкнутого контура в заготовке 3 предусма­тривается технологическое отверстие.

Анодно-механическая обработка (рис. 18.57, в) осуществляется при включении обрабатываемой заготовки 1 в цепь постоянного тока в качестве анода, а рабочего инструмента — диска 2 в качестве катода. В зазор подается рабочая жидкость (раствор жидкого стекла при черновой обработке или раствор хлористого или сернокислого натрия при доводке). При анодно-меха-нической обработке металл заготовки подвергается анод­ному (электрохимическому) растворению, а также ло­кальному плавлению от воздействия разрядов, как при электроискровой обработке, и механическому воздей­ствию инструмента, который снимает оксидную пленку и расплавленный металл.

Производительность процесса в 2 — 3 раза выше, чем при обычной механической обработке. Этот метод при­меняют для шлифования, хонингования цилиндрических отверстий, полирования, резки. Анодно-механическую обработку можно совмещать с абразивной обработкой, используя при этом в качестве инструмента электропро­водящий абразивный диск или добавляя абразив в рабо­чую жидкость.

Процесс электроискрового упрочнения применяют для упрочнения поверхностей различных ме­таллов и сплавов, чаще всего штамповой оснастки. В от­личие от размерной электроискровой обработки здесь анодом является электрод-инструмент, материал с по­верхности которого переносится на обрабатываемую заготовку — катод.

Сущность метода заключается в том, что при сближе­нии инструмента с деталью между ними возникает ис­кровой электрический разряд, который оплавляет мате­риал анода. На первой стадии капля расплавленного металла разогревается до высокой температуры, заки­пает и металл анода в виде мелких частиц устремляется к катоду. Достигнув катода, расплавленные частицы сва­риваются с ним. На следующей стадии через раска­ленный участок катода проходит второй импульс тока, Этот импульс сопровождается механическим ударом анода о катод, при котором происходит сварка металла анода с поверхностью катода, сопровождаемая химиче­скими реакциями, диффузионными процессами и явле­ниями, характерными при ковке.

В качестве материала анода для упрочнения режущего инструмента (резцов, фрез, сверл, ножей и др.) исполь­зуют твердые сплавы различных марок, феррохром и графит. Расход этих материалов невелик.


Похожие статьи:

Применение ультразвука

Краткое содержание:

Что такое ультразвук.
Если какое-либо тело колеблется в упругой среде быстрее, чем среда успевает обтекать его, оно своим движением то сжимает, то разрежает среду. Слои повышенного и пониженного давления разбегаются от колеблющегося тела во все стороны и образуют звуковые волны. Если колебания тела, создающего волну следуют друг за другом не реже, чем 16 раз в секунду не чаще, чем 18 тысяч раз в секунду, то человеческое ухо слышит их.

Частоты 16 - 18000 Гц, которые способен воспринимать слуховой аппарат человека принято называть звуковыми, например писк комара »10 кГц. Но воздух, глубины морей и земные недра наполнены звуками, лежащими ниже и выше этого диапазона – инфра и ультразвуками. В природе ультразвук встречается в качестве компонента многих естественных шумов: в шуме ветра, водопада, дождя, морской гальки, перекатываемой прибоем, в грозовых разрядах. Многие млекопитающие, например кошки и собаки, обладают способностью восприятия ультразвука частотой до 100 кГц, а локационные способности летучих мышей, ночных насекомых и морских животных всем хорошо известны. Существование неслышимых звуков было обнаружено с развитием акустики в конце XIX века. Тогда же начались первые исследования ультразвука, но основы его применения были заложены только в первой трети XX-века.

Нижней границей ультразвукового диапазона называют упругие колебания частотой от 18 кГц. Верхняя граница ультразвука определяется природой упругих волн, которые могут распространяться только при том условии, что длина волны значительно больше длины свободного пробега молекул (в газах) или межатомных расстояний (в жидкостях и газах). В газах верхний предел составляет »106 кГц, в жидкостях и твёрдых телах »1010 кГц. Как правило, ультразвуком называют частоты до 106 кГц. Более высокие частоты принято называть гиперзвуком.

Ультразвуковые волны по своей природе не отличаются от волн слышимого диапазона и подчиняются тем же физическим законам. Но, у ультразвука есть специфические особенности, которые определили его широкое применение в науке и технике. Вот основные из них:

  • Малая длина волны. Для самого низкого ультразвукового диапазона длина волны не превышает в большинстве сред нескольких сантиметров. Малая длина волны обуславливает лучевой характер распространения УЗ волн. Вблизи излучателя ультразвук распространяется в виде пучков по размеру близких к размеру излучателя. Попадая на неоднородности в среде, ультразвуковой пучок ведёт себя как световой луч, испытывая отражение, преломление, рассеяние, что позволяет формировать звуковые изображения в оптически непрозрачных средах, используя чисто оптические эффекты (фокусировку, дифракцию и др.)
  • Малый период колебаний, что позволяет излучать ультразвук в виде импульсов и осуществлять в среде точную временную селекцию распространяющихся сигналов.
  • Возможность получения высоких значений энергии колебаний при малой амплитуде, т.к. энергия колебаний пропорциональна квадрату частоты. Это позволяет создавать УЗ пучки и поля с высоким уровнем энергии, не требуя при этом крупногабаритной аппаратуры.
  • В ультразвуковом поле развиваются значительные акустические течения. Поэтому воздействие ультразвука на среду порождает специфические эффекты: физические, химические, биологические и медицинские. Такие как кавитация, звукокапиллярный эффект, диспергирование, эмульгирование, дегазация, обеззараживание, локальный нагрев и многие другие.
  • Ультразвук неслышим и не создаёт дискомфорта обслуживающему персоналу.

 

История ультразвука. Кто открыл ультразвук.

Внимание к акустике было вызвано потребностями морского флота ведущих держав - Англии и Франции, т.к. акустический – единственный вид сигнала, способный далеко распространяться в воде. В 1826 году французский учёный Колладон определил скорость звука в воде. Эксперимент Колладона считается рождением современной гидроакустики. Удар в подводный колокол в Женевском озере происходил с одновременным поджогом пороха. Вспышка от пороха наблюдалась Колладоном на расстоянии 10 миль. Он также слышал звук колокола при помощи подводной слуховой трубы. Измеряя временной интервал между этими двумя событиями, Колладон вычислил скорость звука - 1435 м/сек. Разница с современными вычислениями только 3 м/сек.

В 1838 году, в США, звук впервые применили для определения профиля морского дна с целью прокладки телеграфного кабеля. Источником звука, как и в опыте Колладона, был колокол, звучащий под водой, а приёмником большие слуховые трубы, опускавшиеся за борт корабля. Результаты опыта оказались неутешительными. Звук колокола (как, впрочем, и подрыв в воде пороховых патронов), давал слишком слабое эхо, почти не слышное среди других звуков моря. Надо было уходить в область более высоких частот, позволяющих создавать направленные звуковые пучки.

Первый генератор ультразвука сделал в 1883 году англичанин Фрэнсис Гальтон. Ультразвук создавался подобно свисту на острие ножа, если на него дуть. Роль такого острия в свистке Гальтона играл цилиндр с острыми краями. Воздух или другой газ, выходящий под давлением через кольцевое сопло, диаметром таким же, как и кромка цилиндра, набегал на кромку, и возникали высокочастотные колебания. Продувая свисток водородом, удалось получить колебания до 170 кГц.

В 1880 году Пьер и Жак Кюри сделали решающее для ультразвуковой техники открытие. Братья Кюри заметили, что при оказании давления на кристаллы кварца генерируется электрический заряд, прямо пропорциональный прикладываемой к кристаллу силе. Это явление было названо "пьезоэлектричество" от греческого слова, означающего "нажать". Кроме того, они продемонстрировали обратный пьезоэлектрический эффект, который проявлялся тогда, когда быстро изменяющийся электрический потенциал применялся к кристаллу, вызывая его вибрацию. Отныне появилась техническая возможность изготовления малогабаритных излучателей и приёмников ультразвука.

Гибель «Титаника» от столкновения с айсбергом, необходимость борьбы с новым оружием - подводными лодками требовали быстрого развития ультразвуковой гидроакустики. В 1914 году, французский физик Поль Ланжевен совместно с талантливым русским учёным-эмигрантом - Константином Васильевичем Шиловским впервые разработали гидролокатор, состоящий из излучателя ультразвука и гидрофона - приёмника УЗ колебаний, основанный на пьезоэффекте. Гидролокатор Ланжевена – Шиловского, был первым ультразвуковым устройством, применявшимся на практике. Тогда же российский ученый С.Я.Соколов разработал основы ультразвуковой дефектоскопии в промышленности. В 1937 году немецкий врач-психиатр Карл Дуссик, вместе с братом Фридрихом, физиком, впервые применили ультразвук для обнаружения опухолей головного мозга, но результаты, полученные ими, оказались недостоверными. В медицинской практике ультразвук впервые стал применяться только с 50-х годов XX-го века в США.

 

Получение ультразвука.

Излучатели ультразвука можно разделить на две большие группы:

1) Колебания возбуждаются препятствиями на пути струи газа или жидкости, или прерыванием струи газа или жидкости. Используются ограниченно, в основном для получения мощного УЗ в газовой среде.

2) Колебания возбуждаются преобразованием в механические колебаний тока или напряжения. В большинстве ультразвуковых устройств используются излучатели этой группы: пьезоэлектрические и магнитострикционные преобразователи.

Кроме преобразователей, основанных на пьезоэффекте, для получения мощного ультразвукового пучка используются магнитострикционные преобразователи. Магнитострикция - это изменение размеров тел при изменении их магнитного состояния. Сердечник из магнитострикционного материала, помещённый в проводящую обмотку меняет свою длину в соответствии с формой токового сигнала, проходящего по обмотке. Данное явление, открытое в 1842 г. Джеймсом Джоулем, свойственно ферромагнетикам и ферритам. Наиболее употребительные магнитострикционные материалы это сплавы на основе никеля, кобальта, железа и алюминия. Наибольшей интенсивности ультразвукового излучения позволяет достичь сплав пермендюр (49%Co, 2%V, остальное Fe), который используется в мощных УЗ излучателях. В частности в акустических противонакипных устройствах «Акустик-Т», выпускаемых нашим предприятием.

Применение ультразвука.

Многообразные применения ультразвука можно условно разделить на три направления:

  • получение информации о веществе
  • воздействие на вещество
  • обработка и передача сигналов

Зависимость скорости распространения и затухания акустических волн от свойств вещества и процессов в них происходящих, используется в таких исследованиях:

  • изучение молекулярных процессов в газах, жидкостях и полимерах
  • изучение строения кристаллов и других твёрдых тел
  • контроль протекания химических реакций, фазовых переходов, полимеризации и др.
  • определение концентрации растворов
  • определение прочностных характеристик и состава материалов
  • определение наличия примесей
  • определение скорости течения жидкости и газа

Информацию о молекулярной структуре вещества даёт измерение скорости и коэффициента поглощения звука в нём. Это позволяет измерять концентрацию растворов и взвесей в пульпах и жидкостях, контролировать ход экстрагирования, полимеризации, старения, кинетику химических реакций. Точность определения состава веществ и наличия примесей ультразвуком очень высока и составляет доли процента.

Измерение скорости звука в твёрдых телах позволяет определять упругие и прочностные характеристики конструкционных материалов. Такой косвенный метод определения прочности удобен простотой и возможностью использования в реальных условиях.

Ультразвуковые газоанализаторы осуществляют слежение за процессами накопления опасных примесей. Зависимость скорости УЗ от температуры используется для бесконтактной термометрии газов и жидкостей.

На измерении скорости звука в движущихся жидкостях и газах, в том числе неоднородных (эмульсии, суспензии, пульпы), основаны ультразвуковые расходомеры, работающие на эффекте Допплера. Аналогичная аппаратура используется для определения скорости и расхода потока крови в клинических исследованиях.

Большая группа методов измерения основана на отражении и рассеянии волн ультразвука на границах между средами. Эти методы позволяют точно определять местонахождение инородных для среды тел и используются в таких сферах как:

  • гидролокация
  • неразрушающий контроль и дефектоскопия
  • медицинская диагностика
  • определения уровней жидкостей и сыпучих тел в закрытых ёмкостях
  • определения размеров изделий
  • визуализация звуковых полей — звуковидение и акустическая голография

 

Отражение, преломление и возможность фокусировки ультразвука используется в ультразвуковой дефектоскопии, в ультразвуковых акустических микроскопах, в медицинской диагностике, для изучения макронеоднородностей вещества. Наличие неоднородностей и их координаты определяются по отражённым сигналам или по структуре тени.

Методы измерения, основанные на зависимости параметров резонансной колебательной системы от свойств нагружающей его среды (импеданс), применяются для непрерывного измерения вязкости и плотности жидкостей, для измерения толщины деталей, доступ к которым возможен только с одной стороны. Этот же принцип лежит в основе УЗ твердомеров, уровнемеров, сигнализаторов уровня. Преимущества УЗ методов контроля: малое время измерений, возможность контроля взрывоопасных, агрессивных и токсичных сред, отсутствие воздействия инструмента на контролируемую среду и процессы.

Воздействие ультразвука на вещество.

Воздействие ультразвука на вещество, приводящее к необратимым изменениям в нём, широко используется в промышленности. При этом механизмы воздействия ультразвука различны для разных сред. В газах основным действующим фактором являются акустические течения, ускоряющие процессы тепломассообмена. Причём эффективность УЗ перемешивания значительно выше обычного гидродинамического, т.к. пограничный слой имеет меньшую толщину и как следствие, больший градиент температуры или концентрации. Этот эффект используется в таких процессах, как:

  • ультразвуковая сушка
  • горение в ультразвуковом поле
  • коагуляция аэрозолей

 

В ультразвуковой обработке жидкостей основным действующим фактором является кавитация. На эффекте кавитации основаны следующие технологические процессы:

 

Акустические течения — один из основных механизмов воздействия ультразвука на вещество. Он обусловлен поглощением ультразвуковой энергии в веществе и в пограничном слое. Акустические потоки отличаются от гидродинамических малой толщиной пограничного слоя и возможностью его утонения с увеличением частоты колебаний. Это приводит к уменьшению толщины температурного или концентрационного погранслоя и увеличению градиентов температуры или концентрации, определяющих скорость переноса тепла или массы. Это способствует ускорению процессов горения, сушки, перемешивания, перегонки, диффузии, экстракции, пропитки, сорбции, кристаллизации, растворения, дегазации жидкостей и расплавов. В потоке с высокой энергией влияние акустической волны осуществляется за счёт энергии самого потока, путём изменения его турбулентности. В этом случае акустическая энергия может составлять всего доли процентов от энергии потока.

При прохождении через жидкость звуковой волны большой интенсивности, возникает так называемая акустическая кавитация. В интенсивной звуковой волне во время полупериодов разрежения возникают кавитационные пузырьки, которые резко схлопываются при переходе в область повышенного давления. В кавитационной области возникают мощные гидродинамические возмущения в виде микроударных волн и микропотоков. Кроме того, схлопывание пузырьков сопровождается сильным локальным разогревом вещества и выделением газа. Такое воздействие приводит к разрушению даже таких прочных веществ, как сталь и кварц. Этот эффект используется для диспергировании твёрдых тел, получения мелкодисперсных эмульсий несмешивающихся жидкостей, возбуждения и ускорения химических реакций, уничтожения микроорганизмов, экстрагирования из животных и растительных клеток ферментов. Кавитация определяет также такие эффекты как слабое свечение жидкости под действием ультразвука – звуколюминесценция, и аномально глубокое проникновение жидкости в капилляры – звукокапиллярный эффект.

Кавитационное диспергирование кристаллов карбоната кальция (накипи) лежит в основе акустических противонакипных устройств. Под воздействием ультразвука происходит раскалывание частиц, находящихся в воде, их средние размеры уменьшаются с 10 до 1 микрона, увеличивается их количество и общая площадь поверхности частиц. Это приводит к переносу процесса образования накипи с теплообменной поверхности в непосредственно в жидкость. Ультразвук так же воздействует и на сформированный слой накипи, образуя в нем микротрещины способствующие откалыванию кусочков накипи с теплообменной поверхности.

В установках по ультразвуковой очистке с помощью кавитации и порождаемых ею микропотоков удаляют загрязнения как жёстко связанные с поверхностью, типа окалины, накипи, заусенцев, так и мягкие загрязнения типа жирных плёнок, грязи и т.п. Этот же эффект используется для интенсификации электролитических процессов.

Под действием ультразвука возникает такой любопытный эффект, как акустическая коагуляция, т.е. сближение и укрупнение взвешенных частиц в жидкости и газе. Физический механизм этого явления ещё не окончательно ясен. Акустическая коагуляция применяется для осаждения промышленных пылей, дымов и туманов при низких для ультразвука частотах до 20 кГц. Возможно, что благотворное действие звона церковных колоколов основано на этом эффекте.

Механическая обработка твёрдых тел с применением ультразвука основана на следующих эффектах:

  • уменьшение трения между поверхностями при УЗ колебаниях одной из них
  • снижение предела текучести или пластическая деформация под действием УЗ
  • упрочнение и снижение остаточных напряжений в металлах под ударным воздействием инструмента с УЗ частотой
  • Комбинированное воздействие статического сжатия и ультразвуковых колебаний используется в ультразвуковой сварке

Различают четыре вида мехобработки с помощью ультразвука:

  • размерная обработка деталей из твёрдых и хрупких материалов
  • резание труднообрабатываемых материалов с наложением УЗ на режущий инструмент
  • снятие заусенцев в ультразвуковой ванне
  • шлифование вязких материалов с ультразвуковой очисткой шлифовального круга

 

Действия ультразвука на биологические объекты вызывает разнообразные эффекты и реакции в тканях организма, что широко используется в ультразвуковой терапии и хирургии. Ультразвук является катализатором, ускоряющим установление равновесного, с точки зрения физиологии состояния организма, т.е. здорового состояния. УЗ оказывает на больные ткани значительно большее влияние, чем на здоровые. Также используется ультразвуковое распыление лекарственных средств при ингаляциях. Ультразвуковая хирургия основана на следующих эффектах: разрушение тканей собственно сфокусированным ультразвуком и наложение ультразвуковых колебаний на режущий хирургический инструмент.

Ультразвуковые устройства применяются для преобразования и аналоговой обработки электронных сигналов и для управления световыми сигналами в оптике и оптоэлектронике. Малая скорость ультразвука используется в линиях задержки. Управление оптическими сигналами основывается на дифракции света на ультразвуке. Один из видов такой дифракции – т.н.брегговская дифракция зависит от длины волны ультразвука, что позволяет выделить из широкого спектра светового излучения узкий частотный интервал, т.е. осуществлять фильтрацию света.

Ультразвук чрезвычайно интересная вещь и можно предположить, что многие возможности его практического применения до сих пор не известны человечеству. Мы любим и знаем ультразвук и будем рады обсудить любые идеи, связанные его применением.

Где применяется ультразвук - сводная таблица

Использование ультразвука

Наше предприятие, ООО «Кольцо-энерго», занимается производством и монтажом акустических противонакипных устройств «Акустик-Т». Устройства, выпускаемые нашим предприятием, отличаются исключительно высоким уровнем ультразвукового сигнала, что позволяет им работать на котлах без водоподготовки и пароводяных бойлерах с артезианской водой. Но предотвращение накипи – очень малая часть того, что может ультразвук. У этого удивительного природного инструмента огромные возможности и мы хотим рассказать вам о них. Сотрудники нашей компании много лет работали в ведущих российских предприятиях, занимающихся акустикой. Мы знаем об ультразвуке очень много. И если вдруг возникнет необходимость применить ультразвук в вашей технологии, мы будем рады вам помочь.

II .2. Применение ультразвука в промышленности — Мегаобучалка

Лекции 19-21

ХИМИЯ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ (4.7)

(ХИМИЯ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР, ХИМИЯ В ВЫСОКИХ ГРАВИТАЦИОННЫХ

ПОЛЯХ, ХОЛОДНЫЙ ЯДЕРНЫЙ СИНТЕЗ, ХИМИЯ УЛЬТРАЗВУКА И ДР.).

 

План

I. Новые области химии

II. Ультразвуковая химия

II.1. Механизм воздействия ультразвука на жидкость

II.2. Применение ультразвука в промышленности

III.Холодный ядерный синтез и низкоэнергетические ядерные реакции

III.1. История исследований

III.2. Современное состояние и перспективы развития исследований низкоэнергетических ядерных реакций.

IV. Лазерная химия

IV.1.Взаимодействие лазерного излучения с веществом

IV.2. Лазерная абляция компактных мишений

IV.3.Лазерная абляция микрочастиц

IV.4. Лазерные импульсы и ударные волны

V. Химия в высоких гравитационных полях

VI.Xимия низких температур

VI.1. Достижение низких температур в лабораторной практике и промышленности

VI.2. Применение холода в химии и химической технологии

VI.3. Методы криохимии

VI.4.О возможности существования отрицательных значений энергии активации.

VI.5. Актуальные задачи химии низких температур

VI.6. Криохимическая технология твердофазных материалов

VI.7. Химия сверхнизких температур

I . Новые области химии

Бурное развитие естественных наук, опирающееся прежде всего на существенное расширение технических возможностей проведения исследований, которое наблюдается в последние десятилетия, а также тесное переплетение достижений химии, физики, биологии и других областей естествознания привели к тому, что во второй половине XX века появились такие новые области химии, как лазерная химия, плазмохимия, фотохимия, химия высоких давлений. В настоящее время значительный интерес представляет исследование реакций протекающих в экстремальных и даже экзотических условиях: сильных электрических и магнитных полях, сверхвысоких давлениях и сдвиговых деформациях, мощных световых полях, сравнимыех по напряженности с электрическими полями внутри молекул, суперкритических условиях, мощных гравитационных, звуковых и микроволновых полях и т.д.



 

II . Ультразвуковая химия

II .1. Механизм воздействия ультразвука на жидкость

Ультразвуковая химия основана на воздействии ультразвука на химические реакции и процессы. Механизм звукохимического действия в жидкостях основан на явлении ультразвуковой кавитации.

Кавитация – это «образование, рост и имплозивное разрушение пузырьков в жидкости». Резкое (имплозивное) разрушение пузырьков вызывает резкий (> 109 К / сек) локальный разогрев жидкости (~ 5000 К), резкое повышение давления (~ 1000 атм) и образование быстрых потоков жидкости (~ 400 км/ч). Кавитационные пузырьки состоят из вакуума. Вакуум создается быстро движущейся поверхностью с одной стороны и инертной жидкостью с другой. Интенсивность ускорения является одним из наиболее важных факторов, влияющих на эффективное преобразование энергии в кавитацию. Большее ускорение создает более сильный перепад давления, повышая вероятность образования вакуумных пузырьков, служит для преодоления целостности и сил притяжения в жидкости. Таким образом, чем больше ускорение, тем большая доля потребляемой энергии преобразуется в кавитацию.

Современные исследования показали, что ударная волна, рождённая схлопыванием, движется со скоростью в 4 раза большей скорости звука. Кроме того, при схлопывании кавитационных пузырьков наблюдается генерация света (сонолюминесценция) за образование которой отвечает горячая плазма с временем жизни не более 100 пикосекунд и температурой, достигающей по теоретическим оценкам 25000 К. Полученные результаты не отвечают на вопрос, какова реальная температура образующейся плазмы, но намечают пути решения этой пока открытой проблемы.

Кавитация может создаваться с применением различных способов и средств: сопла Вентури (сужающееся-расширяющееся дозвуковое реактивное сопло), высоконапорного сопла, вращения с высокой скоростью или ультразвуковых трансдукторов.

В случае применения ультразвукового трансдуктора интенсивность ускорения определяется амплитудой ультразвуковых колебаний. Большее значение амплитуды приводит к более эффективному образованию кавитации.

В отличии от тепловой энергии, вызывает броуновское движение молекул механическая энергия ультразвука придает единое направление движению частиц. При ультразвуковой обработке продукты, полученные в результате химических реакций, часто отличаются от прогнозируемых согласно правилам орбитальной симметрии. Например, в реакциях раскрытия циклов цис- и транс-изомеры образуются в равных количествах, хотя согласно прогнозу, должен был транс-изомер.

 

II .2. Применение ультразвука в промышленности

Широкое распространение получили ультразвуковые технологии, как высокотехнические и экологически безопасные процессы, в разных отраслях промышленности. Особого внимания заслуживают широкие возможности применения таких технологий в фармацевтике, химии, биотехнологии и экологическом инжиниринге.

Промышленные установки могут генерировать ультразвуковые колебания амплитудой до 115 мкм. Большие значения амплитуды позволяют обеспечить высокий коэффициент передачи энергии, позволяя в свою очередь создавать колебания высокой удельной мощности 100 Вт/см ³ и более. Использование ультразвукового оборудования дает превосходные результаты в промышленных процессах.

1.Приготовление смесей, гомогенных растворов, эмульсий, взвесей и дисперсий из различных продуктов. Например, ультразвук используют для получения бензиновых водно-спиртовых смесей, коллоидных растворов серебра, меди, золота, насыщения среды кислородом или озоном.

2. Удаление пен из жидкостей.

3. Удаление газообразных и летучих веществ из жидкостей. Например, с помощью ультразвука выполняют дегазацию различных сред: водных растворов, масел, органических растворителей.

4. Удаление сильнопахнущих легколетучих веществ из растительных продуктов.

5. Ультразвук применяется для специфической активации (или деактивации) различных ферментов.

6. Дезинфекция водных растворов путем рассеивания скоплений бактерий и снижения уровня бактерицидных агентов.

7.Активизации и ускорения разнообразных как гомогенных так и гетерогенных процессов в химии, нефтехимии и биотехнологии. Например, при применении ультразвука различной мощности наблюдается увеличение скорости реакции меди с хлорбензолом в 2-5 раз.

8. Уменьшение размера частиц минералов, порошков, красок и лаков. Например, уменьшают в размерах частицы шоколада для приготовления ликеров.

9. Ультразвуковая кристаллизация веществ из водных растворов и расплавов.

10. Очистка питьевой воды от водорослей и других биологических культур.

11. Синтез, деструкция  и модификация полимеров.

12. Очистка сточных вод путем ультразвукового лизиса загрязняющих органических веществ.

13. Получение субмикро- и нанопорошков металлов. Ультразвуковой метод изготовления субмикропорошков различных переходных металлов заключается в дроблении струи расплава за счет вибрации инструмента, соединенного с магнитно-стрикционным преобразователем. Метод позволяет получать порошки высокой чистоты, при частоте 22 и 44 kHz со средним размером частиц от 20 до 50 мкм. Производительность метода от 10 до 30 кг/час. Метод отличается высокой однородностью частиц по размерам и сферичностью частиц.

В настоящее время сделаны сообщения о возможности получения с помощью ультразвуковых колебаний большой мощности сверхгорячей плазмы с температурой 15 млн. градусов. Реализация этих идей позволит осуществлять термоядерный управляемый синтез в жидких средах.

 

Применение ультразвука в промышленности

Ультразвуковыми называют упругие механические ко­лебания с частотой выше 20 кГц, которые не восприни­маются человеческим ухом. Наиболее короткие ультразвуковые волны имеют длину порядка длин волн видимого света. Ультразвуковые волны, так же как и све­товые, отражаются от препятствий, их можно фокусиро­вать и т. п.

При распространении ультразвуковых колебаний в жидкой среде в последней возникают чередующиеся сжатия и растяжения с частотой проходящих колебаний; в момент растяжения происходят местные разрывы жид­кости и образуются полости (пузырьки), заполняющиеся парами жидкости и растворенными в ней газами. В мо­мент сжатия пузырьки захлопываются, что сопрово­ждается сильными гидравлическими ударами. Это явле­ние называется кавитацией. Местные ударные давле­ния при этом часто превышают 980 МПа.

Используемые в промышленности источники ультра­звука могут быть разделены на две группы: механиче­ские и электромеханические.

Из механических источников ультразвука наибольшее применение получили динамические (сирены) и статиче­ские (свистковые). Сирены имеют статор с отверстиями и ротор из перфорированного диска. При подаче в кор­пус сирены пара, газа или сжатого воздуха ротор вра­щается, периодически закрывая и открывая отверстия статора, создавая механические колебания. Сирены ши­роко применяют, например, для осаждения тумана сер­ной кислоты и мелкодисперсной сажи в процессе их производства.

Из статических источников ультразвука (генераторов) наиболее известен свисток Гартмана, в котором зву­ковые колебания возникают при ударе струи газа, движу­щейся со сверхзвуковой скоростью из сопла в цилиндри­ческий резонатор.

Из электромеханических источников наибольшее при­менение получили магнитострикционные и пьезокерамические преобразователи.

Основной частью магнитострикционного преобразова­теля служит так называемый двигатель из ферромагнит­ного материала, обладающий способностью изменять свои размеры в магнитном поле. Например, стержень из никеля, помещенный в магнитное поле, укорачивается, а стержень из железокобальтового сплава (пермендюра) — удлиняется.

Пьезоэлектрический эффект заключается в том, что при растяжении и сжатии в определенных направлениях некоторых кристаллов, например кварца, на их поверхности возникают электрические заряды (прямой пьезоэффект).

Если к такой кварцевой пластинке подвести электри­ческий заряд, то она изменит свои размеры (обратный пьезоэффект). При действии на пластинку переменного электрического поля она будет сжиматься или разжи­маться синхронно с изменением приложенного напряже­ния. Прямой пьезоэлектрический эффект используется в приемниках ультразвуковых колебаний, где последние преобразуются в переменный ток.

Обратный пьезоэффект используется при изготовле­нии излучателей ультразвуковых колебаний, которые преобразуют электрические колебания в механические, главным образом, более высоких частот по сравнению с магнитострикционными.

В последние годы широкое распространение получили вибраторы из пьезокерамики, обладающие более высо­ким пьезоэффектом, чем природный кварц.

Одним из основных технологических применений уль­тразвука является интенсификация многих техно­логических процессов.

Ультразвуковые колебания применяются при ускоре­нии таких процессов, как полимеризация (например, уль­тразвуковая обработка эмульсии при изготовлении ис­кусственного каучука).

Значительно ускоряет ультразвук кристаллизацию различных веществ из пересыщенных растворов (вин­ной кислоты, фтористого алюминия и др.).

С помощью ультразвука можно ускорить и растворе­ние твердых веществ в жидкости. Например, продолжи­тельность растворения вискозы в процессе изготовления химических волокон при применении ультразвука сокра­щается с 7 до 3 ч.

Ультразвук позволяет ускорить экстракционные про­цессы, например получать рыбий жир из рыбьей печени без значительного повышения температуры, что позво­ляет сохранить в нем все ценные витамины.

В химических процессах ультразвук применяют для очистки деталей (подшипников, электрических контак­тов и др.) и сборочных единиц от загрязнений.

Качество ультразвуковой очистки несравнимо с дру­гими способами. Например, при очистке деталей в раз­личных органических растворителях на их поверхности остается до 80% загрязнений, при вибрационной очист­ке — около 55 %, а при ультразвуковой — не более 0,5 %.

Ультразвуковые методы в большинстве случаев обеспе­чивают полную очистку деталей от технических загрязне­ний.

Ультразвуковая очистка производится в органических растворителях или водных растворах моющих веществ.

В последние годы преимущественное распространение получают водные растворы моющих веществ благодаря их негорючести и отсутствию токсичных компонентов, низкой стоимости, способности удерживать загрязнения во взвешенном состоянии без повторного осаждения их на очищаемую поверхность. В качестве водных моющих растворов применяются растворы щелочей и щелочных солей с добавками поверхностно-активных веществ. При очистке в таких растворах происходит одновременно эмульгирование и омыление загрязнений.

Продолжительность ультразвуковой очистки зависит от характера загрязнений и моющих растворов и не пре­вышает 10—15 мин.

Пайка некоторых металлов и сплавов, например алю­миния, нержавеющих сталей и др., обычными способами затруднена из-за наличия на их поверхностях прочной, трудноудаляемой оксидной пленки. Введение ультразву­ковых колебаний в расплавленный припой приводит к разрушению пленки и облегчает смачивание припоем поверхности, подлежащей пайке или лужению, облегчает и ускоряет процесс пайки, повышает качество паяных со­единений. Внедрение ультразвука при пайке алюминия уменьшает трудоемкость процесса на 20 — 30%. С по­мощью ультразвука можно облуживать изделия из кера­мики.

Сущность ультразвуковой размерной об­работки заключается в том, что между инструментом, соединенным с излучателем, и заготовкой вводится абра­зивный материал, который воздействует на обрабатывае­мую поверхность. В качестве абразивных зерен приме­няют алмаз, корунд, наждак, кварцевый песок, карбид бора, карбид кремния и др.

Ультразвуком можно обрабатывать как хрупкие ма­териалы (стекло, керамику, кварц, кремний, германий и др.), так и жаропрочные твердые (закаленные и азоти­рованные стали, твердые сплавы), применяемые, в част­ности, для изготовления металлорежущего инстру­мента.

Ультразвуковая обработка может производиться сво­бодно направленным абразивом, например при декоративном шлифовании и для снятия заусенцев у мелких деталей.

Размерная обработка инструментом обеспечивает вы­сокую точность, позволяет получать сквозные и глухие отверстия, вырезы, осуществлять шлифование, клейме­ние, гравирование и другие операции.

Наряду с преимуществами ультразвуковой метод имеет и недостатки: сравнительно небольшая площадь и глубина обработки, большая энергоемкость, невысокая производительность процесса и большой износ инстру­мента.

Электроэрозионная обработка

Электроэрозионные методы обработки применимы для всех токопроводящих материалов. Эти методы осно­ваны на явлении эрозии (разрушения) поверхности токо­проводящих электродов от разрядов при пропускании между ними импульсного электрического тока.

Разрушение материала происходит из-за его локаль­ного оплавления и выброса расплавленного материала в виде парожидкостной смеси.

Все виды электроэрозионной обработки осущест­вляются в жидкостной среде — керосине, нефтяном мас­ле, дистиллированной воде.

При прохождении искрового разряда в жидкости на­чинается бурное газообразование, в результате чего жид­кость как бы взрывается, что способствует удалению продуктов эрозии из рабочей зоны. Кроме того, рабочая жидкость препятствует окислению поверхности обра­батываемого материала.

Основными разновидностями электроэрозионных ме­тодов являются электроискровая и анодно-механическая обработка.

Электроискровая обработка широко при­меняется в инструментальном производстве при изготов­лении штампов, литейных форм и прессформ, а также в основном производстве при размерной обработке заго­товок деталей сложных профилей из труднообрабаты­ваемых электропроводящих материалов. С ее помощью можно получать сквозные и глухие отверстия различной конфигурации, криволинейные щели и пазы, вырезать сложный контур, клеймить детали, удалять из заготовок сломанный инструмент и т. п.

Принципиальная схема установки приведена на рис. 18.57, а. Источник питания — генератор 3 однополярных импульсов заряжает конденсатор 5 до напряжения про­боя в промежутке между электродом-инструментом 2 и обрабатываемой заготовкой 1. При пробое энергия, на­копленная конденсатором 5, мгновенно выделяется в ви­де разряда.

Из-за малой длительности разряда заготовка и рабо­чий электрод практически не нагреваются, хотя основная часть накопленной энергии превращается в теплоту, иду­щую на плавление и испарение обрабатываемого мате­риала.

Под действием многочисленных разрядов в обра­батываемом материале образуется выемка, представляю­щая собой отпечаток торца электрода-инструмента. Станки для электроискровой обработки снабжены про­граммно-управляющими устройствами, которые обеспе­чивают постоянный зазор между заготовкой и инстру­ментом, продольное перемещение инструмента и регули­рование подачи. Производительность процесса зависит от частоты следования импульсов, энергии разряда, свойств обрабатываемого материала, материала и формы электрода-инструмента. При оптимальных ре­жимах обработки, устанавливаемых с помощью перемен­ного сопротивления 4, конфигурация детали обеспечи­вается с погрешностью ± 0,005 мм.

Обработку профильным электродом применяют для получения сквозных и глухих отверстий с различной фор­мой поперечного сечения.

В настоящее время наибольшее применение получил метод электроискровой обработки непрофилированным электродом-проволокой. При этом (рис. 18.57,6) электрод-проволока 2 диаметром 0,02 — 0,5 мм (в зависимости от требуемой точности обработки) перематывается с опре­деленной скоростью с подающей катушки 4 на приемную катушку 1, воспроизводя любой заданный контур. При вырезании замкнутого контура в заготовке 3 предусма­тривается технологическое отверстие.

Анодно-механическая обработка (рис. 18.57, в) осуществляется при включении обрабатываемой заготовки 1 в цепь постоянного тока в качестве анода, а рабочего инструмента — диска 2 в качестве катода. В зазор подается рабочая жидкость (раствор жидкого стекла при черновой обработке или раствор хлористого или сернокислого натрия при доводке). При анодно-меха-нической обработке металл заготовки подвергается анод­ному (электрохимическому) растворению, а также ло­кальному плавлению от воздействия разрядов, как при электроискровой обработке, и механическому воздей­ствию инструмента, который снимает оксидную пленку и расплавленный металл.

Производительность процесса в 2 — 3 раза выше, чем при обычной механической обработке. Этот метод при­меняют для шлифования, хонингования цилиндрических отверстий, полирования, резки. Анодно-механическую обработку можно совмещать с абразивной обработкой, используя при этом в качестве инструмента электропро­водящий абразивный диск или добавляя абразив в рабо­чую жидкость.

Процесс электроискрового упрочнения применяют для упрочнения поверхностей различных ме­таллов и сплавов, чаще всего штамповой оснастки. В от­личие от размерной электроискровой обработки здесь анодом является электрод-инструмент, материал с по­верхности которого переносится на обрабатываемую заготовку — катод.

Сущность метода заключается в том, что при сближе­нии инструмента с деталью между ними возникает ис­кровой электрический разряд, который оплавляет мате­риал анода. На первой стадии капля расплавленного металла разогревается до высокой температуры, заки­пает и металл анода в виде мелких частиц устремляется к катоду. Достигнув катода, расплавленные частицы сва­риваются с ним. На следующей стадии через раска­ленный участок катода проходит второй импульс тока, Этот импульс сопровождается механическим ударом анода о катод, при котором происходит сварка металла анода с поверхностью катода, сопровождаемая химиче­скими реакциями, диффузионными процессами и явле­ниями, характерными при ковке.

В качестве материала анода для упрочнения режущего инструмента (резцов, фрез, сверл, ножей и др.) исполь­зуют твердые сплавы различных марок, феррохром и графит. Расход этих материалов невелик.

Электронно-лучевая обработка

Сущность метода заключается в использовании энер­гии электронов, испускаемых накаливаемым катодом, ускоренных и сфокусированных в пучок. При столкнове­нии электронов с обрабатываемым материалом кинети­ческая энергия превращается в тепловую. Концентрация мощности достигает 1 МВт/см2 при общей мощности до десятков киловатт.

Обработка электронным лучом обычно ведется в ва­кууме, поэтому в месте обработки отсутствует нежела­тельное взаимодействие расплавленного металла с кис­лородом.

Электронно-лучевую обработку используют для раз­мерной обработки материалов, а также для сварки.

Электронно-лучевая сварка ведется в ва­кууме узким электронным лучом, который получают в электронной пушке, схема которой представлена на рис. 18.58. При нагреве катода 1 с его поверхности излу­чаются электроны, которые формируются в пучок. Благо­даря высокой разности потенциалов между катодом 1 и анодом 2 электроны ускоряются в определенном на­правлении. С помощью магнитных линз 3 пучок электро­нов фокусируется на поверхность свариваемых заготовок 5. Современные установки позволяют сфокусировать луч на площади диаметром менее 0,0001 мм. Отклоняющие катушки 4 позволяют перемещать луч по поверхности заготовок.

При бомбардировке поверхности заготовок потоком электронов его кинетическая энер­гия переходит в тепловую, разви­вая температуру до 5000 — 6000 К. Электронный луч является уп­равляемым источником тепло­ты, что позволяет регулировать довольно точно и в широких пределах температуру в зоне на­грева изменением разности по­тенциалов между катодом и ано­дом. Электронным лучом можно резать и сваривать тугоплавкие и химически активные металлы и сплавы (молибден, вольфрам, ниобий, тантал, нержавеющие стали и др.), сваривать заготовки из разнородных материалов со зна­чительной разницей толщин; этот метод позволяет также сваривать металлы с неметаллами.

Электронный луч используется в микроэлектронике при вакуумном напылении тонких пленок туго­плавких материалов, при обработке электронно-полиме-ризующихся материалов (электронорезистов), а также для стимуляции реакций диссоциации металлоорганических соединений при нанесении металлических по­крытий.

Ультразвук и его применение

Ультразвук и его применение

Гартфельд  С.И. 1Муратов  Э.Н. 2

1Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение "Симферопольский автотранспортный техникум"

2Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Республики Крым "Симферопольский автотранспортный техникум"

Заморина Н.Ю. 1

1Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Республики Крым "Симферопольский автотранспортный техникум"

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение.

Тема работы: Ультразвук и его применение.

Актуальность работы: тема данной проектной работы очень актуальна, так как в современном мире ультразвук играет всё большую роль в научных исследованиях, Успешно проведены теоретические и экспериментальные исследования в области ультразвуковой кавитации и акустических течений, позволившие разработать новые технологические процессы

Цели работы: Понять, что такое ультразвук и изучить возможности применения ультразвука в автомобильной отрасли.

Задачи работы: для достижения поставленной цели мы сформулировали следующие задачи:

Отобрать и изучить информационные источники по теме работы.

Ознакомиться с понятием ультразвука и способами получения ультразвуковых волн.

Изучить применение ультразвука в технике и для автомобильной отрасли.

Провести эксперимент по изучению явления ультразвука и его особенностей.

Сделать компьютерную презентацию для защиты проектной работы.

Сделать вывод по работе. Подготовиться к защите проектной работы.

Объект исследования: ультразвуковые волны.

Предмет исследования: способы получения, свойства и применение ультразвука в технике.

Гипотеза исследования: Ультразвуковые волны широко применяются в технике. Проверить экспериментально применение кавитационных явлений, вызываемых ультразвуком, для очистки загрязнённых деталей.

Методы исследования, используемые в ходе проекта: обработка информации, сравнение, обобщение, систематизация, эксперимент, анализ.

Основная часть. Ультразвук. Свойства, способы получения и применение в технике.

Ультразвук или ультразвуковые волны— это упругие волны высокой частоты. Человеческое ухо воспринимает распространяющиеся в среде упругие волны частотой приблизительно от 16  до 20 000 колебаний в секунду (Гц). Колебания с более высокой частотой представляют собой ультразвук. Обычно ультразвуковым диапазоном считают полосу частот от 20 000 до нескольких миллиардов Герц.

В природе ультразвук встречается как в качестве компонентов многих естественных шумов (в шуме ветра, водопада, дождя, в шуме гальки, перекатываемой морским прибоем, в звуках, сопровождающих грозовые разряды, и т. д.), так и среди звуков животного мира. Некоторые животные пользуются ультразвуковыми волнами для обнаружения препятствий, ориентировки в пространстве и общения (киты, дельфины, летучие мыши, грызуны, долгопяты).

Способы получения ультразвука.

Ультразвук можно получить от механических, электромагнитных и тепловых источников. Первоначально все ультразвуковые волны получали механическим путём. Первый генератор ультразвука (Приложение 1, рис.2) сделал в 1883 году англичанин Фрэнсис Гальтон (Приложение 1, рис.1). Газовый поток через трубку 1 подводится к кольцеобразной щели 2, через которую он попадает на острое цилиндрическое лезвие 3. При этом вокруг лезвия возникают периодические завихрения (турбулентность), возбуждающие в полом объеме 4 (резонатор) акустические колебания. Резонатор настраивается подвижным поршнем 5, который приводится в движение микрометрическим винтом 6. Второй микрометрический винт 7 регулирует величину зазора между щелью 2 и лезвием 3, определяя частоту излучаемого ультразвука (чем выше скорость газового потока и меньше ширина щели, тем выше частота акустических колебаний). Независимая настройка резонатора и величины воздушного зазора на нужную частоту. Продувая свисток водородом, удалось получить колебания до 170 кГц (Приложение 1, рис.3).

Ультразвуковые волны в жидкостях и твёрдых телах обычно возбуждают электроакустическими, магнитострикционными и пьезоэлектрическими преобразователями.

Магнитострикционные преобразователи. Эти устройства преобразуют энергию магнитного поля в механическую (звуковую или ультразвуковую) энергию. Их действие основано на магнитоупругом эффекте, т.е. на том, что некоторые металлы (железо, никель, кобальт) и их сплавы деформируются в магнитном поле. Ярко выраженными магнитоупругими свойствами обладают и ферриты (материалы, спекаемые из смеси окиси железа с окислами никеля, меди, кобальта и других металлов). Если магнитоупругий стержень расположить вдоль переменного магнитного поля, то этот стержень станет попеременно сокращаться и удлиняться, т.е. испытывать механические колебания с частотой переменного магнитного поля и амплитудой, пропорциональной его индукции. Вибрации преобразователя возбуждают в твёрдой или жидкой среде, с которой он соприкасается, волны ультразвука той же частоты. Магнитострикционные преобразователи из тонкого листового металла работают лучше всего в низкочастотном ультразвуковом диапазоне (от 20 до 50 кГц), на частотах выше 100 кГц у них очень низкий КПД.

Пьезоэлектрические преобразователи преобразуют электрическую энергию в энергию ультразвука. Действие их основано на обратном пьезоэлектрическом эффекте (магнитострикция), проявляющемся в деформациях некоторых кристаллов под действием приложенного к ним электрического поля.

В 1880 году Пьер и Жак Кюри сделали решающее для ультразвуковой техники открытие. Братья Кюри (Приложение 1, рис.4) заметили, что при оказании давления на кристаллы кварца генерируется электрический заряд, прямо пропорциональный прикладываемой к кристаллу силе. Это явление было названо «пьезоэлектричество» (Приложение 1, рис.5) от греческого слова, означающего «нажать». Кроме того, они продемонстрировали обратный пьезоэлектрический эффект (Приложение 1, рис.6), который проявлялся тогда, когда быстро изменяющийся электрический потенциал применялся к кристаллу, вызывая его вибрацию. Отныне появилась техническая возможность изготовления малогабаритных излучателей и приёмников ультразвука.

Пьезоэлектричество хорошо проявляется у природного или искусственно выращенного монокристалла кварца или сегнетовой соли, а также у некоторых керамических материалов (например, у титаната бария). Переменное электрическое поле частоты желаемого ультразвука подаётся через напылённые металлические электроды, располагающиеся на противоположных гранях образца, вырезанного определенным образом из пьезоэлектрика. При этом возникают механические колебания, которые и распространяются в виде ультразвука в сопредельной жидкой или твердотельной среде. Пьезоэлектрические преобразователи в виде тонких кристаллических пластинок могут излучать мощные ультразвуковые волны частотой до 1 МГц (в лабораторных условиях получены частоты до 1000 МГц). Длина ультразвуковой волны (обратно пропорциональная частоте) очень мала, поэтому из таких волн, как и из световых, можно формировать узконаправленные пучки. Достоинство керамических пьезоэлектриков состоит в том, что из них можно отливать, прессовать или получать выдавливанием преобразователи разных размеров и форм. Такой преобразователь, выполненный в виде чаши сферического контура, способен сфокусировать ультразвуковое излучение в малое пятно очень большой интенсивности.

Свойства ультразвука.

Ультразвуковые волны (неслышимый звук) по своей природе не отличаются от волн слышимого диапазона и подчиняются тем же физическим законам. Но у ультразвука есть специфические особенности, которые и определили его широкое применение в науке и технике.

Распространение ультразвука — это процесс перемещения в пространстве и во времени возмущений. Ультразвуковая волна распространяется в веществе, находящемся в газообразном, жидком или твёрдом состоянии, в том же направлении, в котором происходит смещение частиц этого вещества, то есть она вызывает деформацию среды. Деформация заключается в том, что происходит последовательное разряжение и сжатие определённых объёмов среды, причём расстояние между двумя соседними областями соответствует длине ультразвуковой волны. Чем больше удельное акустическое сопротивление среды, тем больше степень сжатия и разряжения среды при данной амплитуде колебаний.

Поглощение ультразвуковых волн. Если среда, в которой происходит распространение ультразвука, обладает вязкостью и теплопроводностью или в ней имеются другие процессы внутреннего трения, то при распространении волны происходит поглощение звука, то есть по мере удаления от источника амплитуда ультразвуковых колебаний становится меньше, так же как и энергия, которую они несут. Среда, в которой распространяется ультразвук, вступает во взаимодействие с проходящей через него энергией и часть её поглощает. Преобладающая часть поглощенной энергии преобразуется в тепло, меньшая часть вызывает в передающем веществе необратимые структурные изменения. Поглощение является результатом трения частиц друг об друга, в различных средах оно различно. Поглощение зависит также от частоты ультразвуковых колебаний. Теоретически, поглощение пропорционально квадрату частоты.

Глубина проникновения ультразвуковых волн. Под глубиной проникновения ультразвука понимают глубину, при которой интенсивность уменьшается наполовину. Эта величина обратно пропорциональна поглощению: чем сильнее среда поглощает ультразвук, тем меньше глубина проникновения.

Рассеяние ультразвуковых волн. Если в среде имеются неоднородности, то происходит рассеяние и существенно может измениться картина распространения ультразвука.

Преломление ультразвуковых волн. На границе раздела сред с разной плотностью будет наблюдаться преломление ультразвуковых волн — изменение направления распространения.

Отражение ультразвуковых волн. Если ультразвук при распространении наталкивается на препятствие, то происходит отражение, если препятствие мало, то ультразвук его как бы обтекает.

Бегущие и стоячие ультразвуковые волны. Если при распространении ультразвуковых волн в среде не происходит их отражения, образуются бегущие волны. В результате потерь энергии колебательные движения частиц среды постепенно затухают, и чем дальше расположены частицы от излучающей поверхности, тем меньше амплитуда их колебаний. Если же на пути распространения ультразвуковых волн имеются ткани с разными удельными акустическими сопротивлениями, то в той или иной степени происходит отражение ультразвуковых волн от пограничного раздела. Наложение падающих и отражающихся ультразвуковых волн может приводить к возникновению стоячих волн. Для возникновения стоячих волн расстояние от поверхности излучателя до отражающей поверхности должно быть кратным половине длины волны.

Кавитация акустическая. Ультразвуковая кавитация — образование и активность газовых или паровых пузырьков (полостей) в среде, облучаемой ультразвуком, а также эффекты, возникающие при их взаимодействии со средой и с акустическим полем. Природа кавитации связана с образованием в жидкости парогазовых полостей, которые впоследствии резко захлопываются, при этом возникают локальный нагрев и гидродинамические возмущения в виде микроударных волн, кумулятивных струек и микропотоков жидкости. В некоторых случаях ультразвуковая кавитация имеет вредные последствия, и тогда следует искать пути, чтобы предотвратить её появление. Так, возникая на поверхности акустических излучателей, кавитация разрушает эту поверхность.

Применение ультразвука.

Свойства ультразвука, наблюдаемые явления и определили основные направления применения ультразвука.

Применение ультразвука в медицине.

Диагностическое применение ультразвука в медицине (УЗИ). Благодаря хорошему распространению ультразвука в мягких тканях человека, его относительной безвредности по сравнению с рентгеновскими лучами и простотой использования в сравнении с магнитно-резонансной томографией, ультразвук широко применяется для визуализации состояния внутренних органов человека, особенно в брюшной полости и полости таза (Приложение 1, рис.7).

Терапевтическое применение ультразвука в медицине. Помимо широкого использования в диагностических целях, ультразвук применяется в медицине (в том числе регенеративной) в качестве инструмента лечения. Ультразвук обладает следующими эффектами: противовоспалительным, рассасывающим действиями; анальгезирующим, спазмолитическим действием; кавитационным усилением проницаемости кожи. Фонофорез — комбинированный метод лечения, при котором на ткани вместо обычного геля для ультразвуковой эмиссии (применяемого, например, при УЗИ) наносится лечебное вещество (как медикаменты, так и вещества природного происхождения). Ультразвук помогает лечебному веществу глубже проникать в ткани.

Гидролокация.

Гидролокация — это определение положения и параметров движения подводных объектов с помощью акустических волн, излучаемых самими объектами, либо отражённого ими излучения внешних источников звука (Приложение 1, рис.8). В конце Первой мировой войны появилась одна из первых практических ультразвуковых систем, предназначенная для обнаружения подводных лодок (Приложение 1, рис.9). К настоящему времени система, именуемая гидролокатором, или сонаром, стала неотъемлемым средством мореплавания. Если направить импульсное узкое ультразвуковое излучение в сторону дна и измерить время между посылом импульса и его возвратом, можно определить расстояние между излучателем и приемником. Основанные на этом сложные системы автоматической регистрации применяются для составления карт дна морей и океанов, а также русел рек. Соответствующие навигационные системы атомных подводных лодок позволяют им совершать безопасные переходы даже под полярными льдами. Объектами гидролокации могут быть навигационные препятствия природного происхождения,гидротехнические сооружения, затонувшие суда, полезные ископаемые, косяки рыб и отдельные представители морской фауны, подводные лодки, надводные корабли, торпеды, мины и пр.

Ультразвуковое измерение толщины.

Ультразвуковое измерение толщины является неразрушающим односторонним методом определения ширины материала и не требует доступа к двум сторонам предмета. Практически любой обычный конструкционный материал может быть измерен с помощью ультразвука. Ультразвуковые датчики могут быть настроены на металлы, пластики, композиты, стекловолокно, керамику и стекло. С помощью ультразвука также можно измерять уровни жидкости и толщину биологических образцов. Ультразвуковое измерение толщины в реальном масштабе времени или в процессе протекания технологических процессов также возможно при контроле объектов из штампованных пластиков или прокатных металлов. Ультразвуковыми средствами можно измерять толщину слоёв или покрытий в многослойных материалах. Принцип работы всех ультразвуковых толщиномеров заключается в измерении времени прохождения ультразвукового импульса очень высокой частоты через материал объекта контроля (Приложение 1, рис.10).

Применение в производстве.

На обычных металлорежущих станках нельзя просверлить в металлической детали узкое отверстие сложной формы, например в виде пятиконечной звезды. С помощью ультразвука это возможно, магнитострикционный вибратор может просверлить отверстие любой формы. Это дешевле и быстрее, чем фрезерным станком. Ультразвуком можно даже делать винтовую нарезку в металлических деталях, в стекле, в рубине, в алмазе. Обычно резьба сначала делается в мягком металле, а потом уже деталь подвергают закалке. На ультразвуковом станке резьбу можно делать в уже закалённом металле и в самых твёрдых сплавах. На ультразвуковом станке сложнейшую обработку производит абразив (наждак, корундовый порошок) в поле ультразвуковой волны. Беспрерывно колеблясь в поле ультразвука, частицы твёрдого порошка врезаются в обрабатываемый сплав и вырезают отверстие такой же формы, как и у долота.

Приготовление смесей с помощью ультразвука

Широко применяется ультразвук для приготовления однородных смесей (гомогенизации). Получаемые эмульсии играют большую роль в современной промышленности, это: лаки, краски, фармацевтические изделия, косметика. В 1927 году американские ученые Лимус и Вуд обнаружили, что если две несмешивающиеся жидкости (например, масло и воду) слить в одну мензурку и подвергнуть облучению ультразвуком, то в мензурке образуется эмульсия, то есть мелкая взвесь масла в воде.

Применение ультразвука в автомобильной отрасли.

В автомобильной области ультразвук применяют в заготовках и изделиях, выполненных практически из любых материалов. Производится контроль толщины, структуры, физико-механических свойств. Остановимся чуть подробнее на ультразвуковой дефектоскопии, ультразвуковом парктронике и ультразвуковой мойке.

Ультразвуковая дефектоскопия.

Ультразвуковая дефектоскопия— метод, основанный С.Я. Соколовым, позволяющий осуществлять поиск дефектов в материале изделия путём излучения и принятия ультразвуковых колебаний, отраженных от внутренних дефектов, и дальнейшего анализа их амплитуды, времени прихода, формы и других характеристик с помощью специального оборудования — ультразвукового дефектоскопа (Приложение 1, рис.11). Является одним из самых распространенных методов неразрушающего контроля (Приложение 1, рис.12).

Ультразвуковая дефектоскопия позволяет выявлять дефекты, нарушающие цельность металла (трещины, раковины и пр.). Для получения ультразвука частотой более 0,5 МГц используются генераторы, состоящие из источника переменного электрического тока и пьезоэлектрического преобразователя. При ультразвуковой дефектоскопии применяется как прямой, так и обратный пьезоэлектрический эффект. Устройства, служащие при дефектоскопии для получения и ввода ультразвуковых волн в контролируемое изделие, называется излучающими искательными головками, а устройства преобразующие ультразвуки в переменный ток – приёмными искательными головками.

Ультразвуковой контроль не разрушает и не повреждает исследуемый образец, что является его главным преимуществом. Возможен контроль изделий из разнообразных материалов, как металлов, так и неметаллов. Кроме того, можно выделить высокую скорость исследования при низкой стоимости и опасности для человека (по сравнению с рентгеновской дефектоскопией) и высокую мобильность ультразвукового дефектоскопа.

Также к преимуществам ультразвуковой дефектоскопии относятся:

Высокая чувствительность, позволяющая выявить мелкие дефекты.

Большая проникающая способность, позволяющая обнаружить внутренние дефекты в крупногабаритных изделиях.

Возможность определения места и размеров дефекта.

Практически мгновенная индикация дефектов, позволяющая мотивировать контроль.

Возможность контроля при одностороннем доступе в изделия.

Простота и высокая производительность контроля.

Полная безопасность работы оператора и окружающего персонала.

К недостаткам дефектоскопии относится необходимость разработки специальных методик контроля отдельных типов деталей, необходимость сравнительно высокой чистоты обработки поверхности контролируемых объектов и наличие мёртвых зон‚ снижающих эффективность контроля. Кроме того, некоторые дефекты практически невозможно выявить ультразвуковым методом в силу их характера, формы или расположения в объекте контроля.

Применение ультразвуковой дефектоскопии. Применяется для поиска дефектов материала (поры, волосовины, различные включения, неоднородная структура и пр.) и контроля качества проведения работ — сварка, пайка, склейка и пр. Ультразвуковой контроль является обязательной процедурой при изготовлении и эксплуатации многих ответственных изделий, таких как части авиационных двигателей, трубопроводы атомных реакторов или железнодорожные рельсы.

Ультразвуковой датчик парковки.

Датчики парковки, как правило, установлены в задней части и по бокам автомобиля. Они действуют путём оценки расстояния между препятствием и датчиком, после чего система извещает водителя о полученных данных с помощью звукового и визуального сигнала. Ультразвуковой датчик — сенсорное устройство, преобразующее электрическую энергию в ультразвуковые волны (Приложение 1, рис.13). Он похож на радар. Принимая скорость звука за постоянную величину, ультразвуковой датчик определяет расстояние до объекта, которое соответствует интервалу времени между отправкой сигнала и возвращением его эха (Приложение 1, рис.14). В автомобилях ультразвуковые датчики используются в различных парковочных системах: парктронике, системе автоматической парковки.

Несмотря на неоспоримые преимущества, ультразвуковой датчик парковки имеет серьёзные функциональные ограничения. Работоспособность датчика и, соответственно, точность показаний снижаются при загрязнении, в плохих погодных условиях (дождь, снег, лёд). Сенсор может пропустить мелкие предметы (стойки ограждения), поверхности, имеющие низкую отражающую способность. Датчик также может неверно работать при движении автомобиля по крутому склону, когда поверхность земли воспринимается как препятствие, причём для установки ультразвукового датчика требуется сделать отверстие в бампере. Именно из-за этих факторов данный вид датчика не очень популярен среди автомобилистов.

Принцип действия ультразвуковой мойки.

Ультразвуковая очистка – способ очистки поверхности твёрдых тел, основанный на возбуждении в моющем растворе колебаний ультразвуковой частоты. Для того чтобы очистить предметы в ультразвуковой мойке, нужно просто погрузить их в чашу с водой, в которую уже добавлено специальное моющее средство, и включить прибор. В основе работы очистительного устройства лежит явление кавитации, когда в жидкости за короткий промежуток времени образуются и тут же разрушаются миллионы мелких пузырьков воздуха. Этот процесс происходит вследствие чередования волн низкого и высокого давления под воздействием ультразвука. Воздушные пузырьки, соприкасаясь с поверхностью обрабатываемых предметов, разрываются, создавая множество маленьких ударных волн (Приложение 1, рис.15). Благодаря этому происходит глубокая очистка инструментов, деталей и пр. Ультразвуковая очистка позволяет заменить ручной труд, ускорив тем самым процесс очистки, получить высокую степень чистоты поверхности, практически исключить использование пожароопасных и токсичных растворителей.

Экспериментальная часть.

В экспериментальной части нашей работы мы решили изучить некоторые свойства ультразвука и проверить принцип ультразвуковой мойки методом кавитации.

Эксперимент 1. Создание ультразвуковых фонтанчиков.

Для получения ультразвука в работе использовалась школьная ультразвуковая установка УД-1(Приложение 2, рис. 1). Изначально на излучатель с пьезоэлементом мы налили воды. Подали на генератор питание от сети и, настраивая ручкой подстройки, добились образование чёткой интерференционной картины колебаний (Приложение 2, рис. 2).

Для получения фонтана взяли специальный линзовый стакан и разместили сверху излучателя так, чтобы между дном стакана и пьезоэлементом не образовались воздушные пузырьки, сильно мешающие опытам. Для этого стакан ставили путём передвижения дном по крышке излучателя до попадания стакана в уступ излучателя. Установив линзовый стакан правильно, начали проводить наблюдения. Налили в линзовый стакан обычной питьевой воды.

Примерно через минуту после подачи генератору питания от сети наблюдали ультразвуковой фонтан (Приложение 2, рис. 3), который настраивается ручкой подстройки частоты и регулировочными винтами. Вращая ручку подстройки частоты, получили фонтан такой высоты, что вода начала выбрызгиваться за край стакана. Одновременно с возникновением фонтана появлялся водяной туман, являющийся результатом кавитационного явления.

Эксперимент 2. Принцип действия ультразвуковой мойки.

Подготовив систему (как описано в предыдущем опыте), мы взяли деталь, запачканную застывшим техническим маслом, в пыли (Приложение 2, рис. 4) и погрузили одной её стороной в линзовый стакан с чистой водой (без моющих средств) (Приложение 2, рис. 5). Включили ультразвуковой генератор. Доливая по мере разбрызгивания чистую воду, мы через 15 минут вынули деталь из воды. Было хорошо заметно, что опущенная в стакан сторона детали значительно очистилась (Приложение 2, рис. 6).

Тем самым, мы подтвердили свою гипотезу, что ультразвуковой метод мойки деталей возможен, причём даже в чистой воде. Специальные моющие растворы только ускоряют этот процесс.

Заключение.

В данной проектной работе мы изучили основные понятия, свойства и особые явления ультразвуковых волн. Ознакомились с разными техническими применениями ультразвука. Но более подробно для автомобильной отрасли. В экспериментальной части проверили возможность ультразвуковой мойки, тем самым подтвердили гипотезу нашего исследования.

Список использованных источников:

Словарь ВикиЧтение. Ультразвук. [Электронный ресурс]. URL: https://slovar.wikireading.ru/703944

Википедия. Статья: Ультразвуковая кавитация. [Электронный ресурс].

URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Ультразвуковая_кавитация

Ультразвук. Инженерные решения[Электронный ресурс]. URL: http://engineering-solutions.ru/ultrasound/theory

Первый генератор ультразвука, Братья Кюри. История ультразвука [Электронный ресурс] URL: http://beznakipi.com/ru/ultrasound

Ультразвуковое исследование (УЗИ). Все об УЗИ [Электронный ресурс]. URL: http://zhivizdorovim.ru/zdorove/proceduri-apparati/59-vse-ob-uzi.html

Гидролокация. Новости науки и техники [Электронный ресурс]. URL: http://www.femto.com.ua/articles/part_1/0773.html

Акустоэлектроника. Буква «А» [Электронный ресурс]. URL: http://knowledge.su/a/akusto_lektronika.html

Ультразвуковое измерение толщины. Диагностические и измерительные приборы «Диагност» [Электронный ресурс]. URL: http://www.diagnostmp.ru/NDT/Application_NDT/foundations.htm

Ультразвуковая мойка. [Электронный ресурс]. URL: http://best-permanent.ru/obrabotka-instrumentov/ultrazvukovaya-ochistka-princip-dejstviya-i-ustrojstvo

Ультразвуковой датчик парковки. Словари и энциклопедии «Академик». [Электронный ресурс].URL: https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1155897

Ультразвуковая дефектоскопия. Свободная энциклопедия «Википедия» [Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Ультразвуковая_дефектоскопия

Приложение 1.

Рисунок 1. Френсис Гальтон

Рисунок 2. Свисток Гальтона

Рисунок 3. Принцип работы свистка Гальтона

Рисунок 4. Братья Кюри

Рисунок 5. Прямой пьезоэлектрический эффект

Рисунок 6. Обратный пьезоэлектрический эффект.

Рисунок 7. Ультразвуковое исследование

Рисунок 8. Ультразвуковая гидролокация

Рисунок 9. Применение гидролокации на военных кораблях

Рисунок 10. Высокочастотный ультразвуковой толщиномер

Рисунок 11. Ультразвуковойдефектоскоп А1212 MASTER предназначен для поиска дефектов в изделиях из металлов и пластмасс.

Выявляет коррозию, трещины и внутренние расслоения

Рисунок 12. Принцип работы ультразвукового дефектоскопа

Рисунок 13. Ультразвуковой датчик парковки радар-детектор

Рисунок 14. Принцип работы ультразвукового датчика

Рисунок 15. Принцип работы ультразвуковой мойки

Приложение 2

Рисунок 1 Рисунок 2

Рисунок 3 Рисунок 4

Рисунок 5

Рисунок 6

Просмотров работы: 3001

применений ультразвука

Ультразвук - это тип звукового давления с частотами выше, чем может слышать человек. Некоторые животные, такие как собаки, кошки, дельфины, летучие мыши и мыши, могут слышать ультразвук, поскольку они могут слышать звуки более высоких частот. Вот некоторые из наиболее распространенных способов использования ультразвука в современном мире!

Использование ультразвука

  • Начнем с очевидного.Ультразвук используется в сонографии для изучения человеческих младенцев в утробе матери. Ультразвук можно использовать для определения возраста ребенка, определения его местоположения, определения местоположения плаценты, определения пола ребенка (мужской или женский), проверки сердцебиения, проверки нормального роста плода и любых отклонений , Обратите внимание, что результаты ультразвукового исследования иногда ошибочны. Некоторые люди «удивляются», когда девочка после УЗИ говорит им, что у них будет мальчик!
  • В промышленности ультразвук используется для определения толщины таких объектов, как металлы и пластмассы.
  • Доказано, что ультразвук вместе с антибиотиками убивает бактериальные клетки.
  • Бактерии, особенно в сточных водах, можно уничтожить (убить) с помощью ультразвуковых волн.
  • Вы не поверите, но ультразвук можно использовать для чистки зубов. Стоматологи-гигиенисты используют ультразвук.
  • Сфокусированные импульсы ультразвука могут разбивать камни в почках и желчном пузыре на маленькие фрагменты, которые с меньшими трудностями выводятся из организма.
  • Недавние исследования показали, что ультразвук может стимулировать рост костей.
  • Ультразвук используется в эластографии. Это позволяет врачам определить, какие ткани в организме здоровы, а какие нездоровы.
  • Ультразвуковые волны можно использовать для сварки пластмасс. Волны создают тепловую энергию между соединенными объектами.
  • Ультразвуковые очистители используются ювелирами и врачами для очистки таких вещей, как часы, украшения, линзы и хирургические инструменты.
  • Липосакция проводится при помощи ультразвука.

Похожие темы

Когда отваливается пуповина

Как можно получить камни в почках

,

История УЗИ - Обзор истории и открытий сонографии

Обзор истории ультразвуковых исследований и открытий

The History of Ultrasound

Технология, используемая в медицинском ультразвуке, постоянно развивается и в настоящее время вносит свой вклад в важные улучшения в диагностике и лечении пациентов. Наука и технологии, используемые в сонографии, имеют долгую и интересную историю. Эта история начинается с женщин и мужчин (и, конечно, животных) со всего мира, которые внесли свой вклад в развитие ультразвука за последние более 225 лет.

Давайте оглянемся на историю ультразвука и узнаем, как использование звуковых волн в качестве диагностического инструмента стало применяться в клиниках и больницах по всему миру.

Раннее начало эхолокации и ультразвука

Lazzaro Spallanzani

Лаццаро ​​Спалланцани

Многие спрашивают, а кто изобрел ультразвук? Итальянский биолог Лазаро Спалланцани чаще всего считается человеком, открывшим ультразвуковое исследование.

Лаззаро Спалланцани (1729-1799) был физиологом, профессором и священником, который провел множество экспериментов, которые привели к большим открытиям в области биологии человека и животных.

В 1794 Спалланцани провел исследования летучих мышей, которые пришли к выводу, что они могут перемещаться, используя звук, а не зрение. Это теперь известно как эхолокация, когда местоположение определяется или идентифицируется посредством отражения или отражения звуковых волн от объектов в окружающей среде. На этих же принципах сегодня работает ультразвуковая медицинская техника.

СВЯЗАННЫЕ С: 7 женщин-пионеров в области медицинской визуализации

Ультразвук - это звуковые волны с частотой выше, чем то, что слышно человеческим ухом.«Первые подробные эксперименты, которые показали, что может существовать неслышимый звук, были выполнены на летучих мышах Лаззаро Спалланцани», - заявляют Д. Кейн, В. Грасси, Р. Старрок, П. В. Балинт; Краткая история опорно-двигательного аппарата УЗИ: «От летучих мышей и кораблей к младенцам и бедра», ревматологии, том 43, выпуск 7, 1 июля 2004 г.



Что такое эхолокация?

Мы можем найти еще несколько примеров эхолокации в природе. Импульсы эхолокации - это короткие звуковые импульсы на частотах от примерно 1000 герц у птиц до более 200000 герц у китов.

Ранние эксперименты в ультразвуке

Джеральд Нойвайлер в своей книге « Биология летучих мышей » описывает, как Спалланцани принес сов в свою лабораторию и заметил, что они не летают по комнате, если нет источника света. «Когда он повторил тот же эксперимент с летучими мышами, эти маленькие млекопитающие уверенно облетели кабинет епископа даже в полной темноте, избегая проводов, которые Спалланцани подвесил к потолку», - написал Нойвайлер.

Нойвайлер добавляет, что итальянский ученый даже ослепил летучих мышей, сжег их «раскаленной иглой», и все же они смогли избежать попадания проводов.Спалланцани знал об этом, потому что на концах проводов были прикреплены колокольчики.

Физиолог понял, что летучие мыши для навигации полагались на слух, потому что, когда он помещал закрытые латунные трубки внутрь ушей млекопитающих, они не могли перемещаться по комнате должным образом и влетали в провода.

Хотя он не знал, что летучие мыши издают свой собственный звук для ориентации, звук выше, чем он или любой другой человек сможет услышать, Спалланцани смог сделать вывод, что существа использовали свои уши для навигации по окружающей среде.

Польза для медицины от достижений в области ультразвука

Со временем другие продолжали развивать работу Спалланцани. Считается, что в 1942 неврологу Карлу Дусику первым применил ультразвуковые волны в качестве диагностического инструмента. Он пропустил ультразвуковой луч через человеческий череп, пытаясь обнаружить опухоли мозга. Это все еще очень ранняя история диагностической медицинской сонографии, но было ясно, что эта неинвазивная технология имеет огромные возможности.

Ультразвуковая технология и ее применение в здравоохранении продолжают развиваться. Улучшение инструментов и усовершенствование процедур происходит каждый день. В последнее время более широкое распространение получили портативные сканеры меньшего размера, которые помогли еще больше интегрировать использование ультразвука в большее количество областей и этапов лечения пациентов.

Joan P. Baker

Для меня было поистине честью взять интервью у Джоан П. Бейкер в MSR, RDMS, RDCS, FSDMS. Родом из Англии, Бейкер была приглашена в Соединенные Штаты в 1960-е годы - из-за ее страсти и практики сонографии - и с тех пор она здесь.

Хронология истории ультразвукового исследования

Вот некоторые из ключевых этапов развития и истории ультразвуковых технологий.

Сонография
Дата Историческое достижение или событие
1794 Физиолог Лаззаро Спалланцани первым изучил эхолокацию летучих мышей, которая составляет основу ультразвуковой физики.
1877 Братья Пьер и Жак Карри открывают пьезоэлектричество.Ультразвуковые преобразователи (зонды) излучают и принимают звуковые волны посредством пьезоэлектрического эффекта.
1915 Вдохновленный гибелью «Титаника», физику Полю Ланжевену было поручено изобрести устройство, обнаруживающее объекты на дне моря. Лаужевен изобрел гидрофон - то, что на Всемирном конгрессе по ультразвуковому оборудованию в медицинском образовании названо «первым преобразователем».
1920-1940-х годов использовалась для лечения членов европейских футбольных команд в качестве формы физиотерапии, для снятия боли при артрите и экземы, а также для стерилизации вакцин, утверждает Джоан Бейкер, имеющая несколько сертификатов по ультразвуковому обследованию ARDMS.
1942 Невролог Карл Дуссик считается первым, кто использовал сонографию для постановки медицинских диагнозов. Он пропустил ультразвуковой луч через человеческий череп, пытаясь обнаружить опухоли мозга.
1948 Джордж Д. Людвиг, доктор медицины, терапевт в Морском научно-исследовательском медицинском институте, разработал ультразвуковое оборудование в режиме А для обнаружения камней в желчном пузыре.
1949–1951 Дуглас Хоури и Джозеф Холмс из Университета Колорадо были одними из ведущих пионеров ультразвукового оборудования в B-режиме, включая линейный составной сканер 2D B-режима.Джон Рид и Джон Уайлд изобрели портативное устройство B-режима для обнаружения опухолей груди.
1953 Врач Инге Эдлер и инженер К. Хельмут Герц выполнили первую успешную эхокардиограмму, используя устройство для контроля эхо-теста с верфи Сименс.
1958 Доктор Ян Дональд включил ультразвук в акушерство и гинекологию.
1966 Дон Бейкер, Деннис Уоткинс и Джон Рид разработали технологию импульсного допплера; их разработки привели к визуализации кровотока в различных слоях сердца.
1970-е годы В 1970-е годы произошло множество разработок, включая приборы для непрерывного волнового допплера, спектрального волнового допплера и цветного ультразвукового допплера.
1980-е годы Кадзунори Баба из Токийского университета разработал трехмерную ультразвуковую технологию и сделал трехмерные изображения плода в 1986 году.
1989 Профессор Даниэль Лихтенштейн начал использовать сонографию легких и общую сонографию в отделениях интенсивной терапии.
1990-е годы Начиная с 1980-х годов, ультразвуковые технологии стали более сложными с улучшенным качеством изображения и возможностями трехмерной визуализации. Эти улучшения продолжались и в 1990-е годы с внедрением возможностей 4D (в реальном времени). Биопсия под ультразвуковым контролем (эндоскопическое ультразвуковое исследование) также началась в 1990-х годах.
2000-е - настоящее время Ультразвуковые технологии постоянно развиваются и становятся все удобнее и удобнее.В последние годы на рынке появилось множество компактных портативных устройств. В iPhone теперь есть приложение для телесонографии, а НАСА разработало виртуальную программу для проведения ультразвуковых исследований в космосе для специалистов, не занимающихся сонографией.

История сонографии в акушерстве и гинекологии

В нашей современной культуре ультразвук может быть наиболее известен тем, что его используют во время беременности для получения сонограммы, визуального изображения, полученного в результате ультразвукового исследования.Акушерство и гинекология в рамках более обширной семьи ультразвуковых специальностей также пережили некоторые важные исторические моменты. Ниже вы найдете некоторые из наиболее заметных достижений в области акушерства и гинекологии.

Дата Историческое событие
1958 В этом году была опубликована первая статья в журнале «Акушерское ультразвуковое исследование» «Исследование новообразований в брюшной полости с помощью импульсного ультразвука» Яна Дональда, M.B.E., Б.А. Кейптаун, доктор медицины Лондона, F.R.F.P.S., F.R.C.O.G. Дж. Маквикар, М. Glasg., M.R.C.O.G. Т. Г. Браун. Это исследование стало первым ультразвуковым изображением головы плода.
1962 - конец 1960-х Джордж Коссофф из Австралии разработал статический сканер Octason. Изображения Octason mark 2 позволяют нам увидеть подробную анатомию плода и знаменуют важный момент в развитии ультразвукового исследования.
1970-е годы Усовершенствования в оборудовании и методах сонографии прогрессировали в конце 1960-х и в 1970-х годах.Методы определения биометрии и аномалий плода продолжали развиваться и совершенствоваться с адаптацией и заменой различных методов.
1983 Сэм Маслак разрабатывает аппарат, который устанавливает новые стандарты как в пространственном, так и в контрастном разрешении.

Если вы хотите стать частью этой развивающейся области, вы можете получить степень в одной из многочисленных школ ультразвукового исследования по всей стране.

,

УЗИ: как они работают?

Ультразвуковое сканирование использует высокочастотные звуковые волны для создания изображений внутренней части тела. Подходит для использования во время беременности.

Ультразвуковое сканирование или сонография безопасны, потому что они используют звуковые волны или эхо для создания изображения вместо излучения.

Ультразвуковое сканирование используется для оценки развития плода и позволяет выявить проблемы в печени, сердце, почках или брюшной полости. Они также могут помочь в выполнении определенных видов биопсии.

Полученное изображение называется сонограммой.

Краткие сведения об ультразвуковом сканировании

  • Ультразвуковые исследования безопасны и широко используются.
  • Их часто используют для проверки течения беременности.
  • Используются для диагностики или лечения.
  • Обычно перед ультразвуковым сканированием не требуется специальной подготовки.

Человек, выполняющий ультразвуковое сканирование, называется специалистом по ультразвуковой диагностике, но изображения интерпретируются радиологами, кардиологами или другими специалистами.

У сонографа обычно есть датчик, ручное устройство, такое как палочка, который помещается на кожу пациента.

Ультразвук - это звук, который проходит через мягкие ткани и жидкости, но отражается или отражается от более плотных поверхностей. Вот как создается изображение.

Термин «ультразвук» относится к звуку с частотой, которую люди не могут слышать.

Для диагностических целей частота ультразвука обычно составляет от 2 до 18 мегагерц (МГц).

Более высокие частоты обеспечивают лучшее качество изображения, но легче поглощаются кожей и другими тканями, поэтому они не могут проникать так же глубоко, как более низкие частоты.

Более низкие частоты проникают глубже, но качество изображения хуже.

Как захватывает изображение?

Ультразвук будет проходить через кровь, например, в сердечную камеру, но если он попадает в сердечный клапан, он будет эхом или отражаться от него.

Он будет проходить прямо через желчный пузырь, если желчных камней нет, но если камни есть, он отскочит от них.

Чем плотнее объект, на который попадает ультразвук, тем больше ультразвук возвращается.

Это отражение, или эхо, придает ультразвуковому изображению его особенности. Различные оттенки серого отражают разную плотность.

Ультразвуковые преобразователи

Преобразователь или палочка обычно размещается на поверхности тела пациента, но некоторые виды размещаются внутри.

Они могут обеспечить более четкие и информативные изображения.

Примеры:

  • эндовагинальный датчик для использования во влагалище
  • эндоректальный датчик для использования в прямой кишке
  • чреспищеводный датчик, проходящий через горло пациента для использования в пищеводе

Некоторые очень маленькие датчики могут быть помещены на конец катетера и вставлены в кровеносные сосуды для исследования стенок кровеносных сосудов.

Поделиться на PinterestУльтразвуковые изображения создаются на основе отраженного звука, после чего можно поставить диагноз.

Ультразвук обычно используется для диагностики, лечения и контроля во время таких процедур, как биопсия.

Его можно использовать для исследования внутренних органов, таких как печень и почки, поджелудочная железа, щитовидная железа, семенники и яичники и др.

Ультразвуковое исследование может определить, является ли уплотнение опухолью. Это может быть злокачественная опухоль или киста, заполненная жидкостью.

Может помочь диагностировать проблемы с мягкими тканями, мышцами, кровеносными сосудами, сухожилиями и суставами. Он используется для исследования замороженного плеча, теннисного локтя, синдрома запястного канала и других.

Проблемы с кровообращением

Ультразвуковая допплерография позволяет оценить кровоток в сосуде или кровяное давление. Он может определить скорость кровотока и наличие препятствий.

Эхокардиограмма (ЭКГ) является примером ультразвуковой допплерографии. Его можно использовать для создания изображений сердечно-сосудистой системы и для измерения кровотока и движения сердечной ткани в определенных точках.

Ультразвук Допплера может оценить функцию и состояние областей сердечных клапанов, любые аномалии в сердце, клапанную регургитацию или утечку крови из клапанов, и может показать, насколько хорошо сердце перекачивает кровь.

Его также можно использовать для:

  • исследования стенок кровеносных сосудов
  • проверки ТГВ или аневризмы
  • проверки сердца и сердцебиения плода
  • оценки накопления бляшек и сгустков
  • оценки закупорки или сужения артерий

Дуплекс сонной артерии - это форма ультразвукового исследования сонной артерии, которое может включать ультразвуковое допплеровское исследование.Это покажет, как клетки крови перемещаются по сонным артериям.

Ультразвук в анестезиологии

Ультразвук часто используется анестезиологами для направления иглы с анестетическими растворами вблизи нервов.

Ультразвук можно сделать в кабинете врача, в поликлинике или в больнице.

Обычно сканирование занимает от 20 до 60 минут. Обычно это не вызывает боли и нет шума.

В большинстве случаев специальная подготовка не требуется, но пациенты могут захотеть носить свободную и удобную одежду.

Если поражена печень или желчный пузырь, пациенту, возможно, придется голодать или ничего не есть в течение нескольких часов перед процедурой.

Для сканирования во время беременности, и особенно на ранних сроках беременности, пациентка должна пить много воды и стараться не мочиться в течение некоторого времени перед тестом.

Когда мочевой пузырь полон, сканирование дает лучшее изображение матки.

Сканирование обычно проводится в радиологическом отделении больницы. Тест проведет врач или специально обученный специалист по сонографии.

Внешний ультразвук

Сонограф наносит смазывающий гель на кожу пациента и помещает датчик на смазанную кожу.

Датчик перемещают по той части тела, которую необходимо исследовать. Примеры включают ультразвуковое исследование сердца пациента или плода в матке.

Пациент не должен чувствовать дискомфорта или боли. Они просто почувствуют датчик по коже.

Во время беременности может возникнуть легкий дискомфорт из-за переполненного мочевого пузыря.

Внутренний ультразвук

Если необходимо оценить внутренние репродуктивные органы или мочевыделительную систему, датчик может быть помещен в прямую кишку для мужчин или во влагалище для женщин.

Для оценки некоторых частей пищеварительной системы, например пищевода, лимфатических узлов грудной клетки или желудка, можно использовать эндоскоп.

Свет и ультразвуковое устройство прикрепляются к концу эндоскопа, который вводится в тело пациента, обычно через рот.

Перед процедурой пациентам дают лекарства, снимающие боль.

Внутреннее ультразвуковое исследование менее комфортно, чем внешнее, и существует небольшой риск внутреннего кровотечения.

Большинство видов ультразвука неинвазивны и не требуют воздействия ионизирующего излучения. Процедура считается очень безопасной.

Однако, поскольку долгосрочные риски не установлены, ненужные «памятные» сканирования во время беременности не приветствуются. Ультразвук во время беременности рекомендуется только по медицинским показаниям.

Любой, у кого аллергия на латекс, должен сообщить об этом своему врачу, чтобы он не использовал зонд, покрытый латексом.

4 Интересные факты об ультразвуке и его применение

A medical professional uses an ultrasound for pain management on the deltoid. A medical professional uses an ultrasound for pain management on the deltoid.

Специалистам в области медицины хорошо известно и признано, что многие виды использования ультразвука гораздо более разнообразны, чем может ожидать средний человек. В конце концов, большинство людей в первую очередь думают о медицинском УЗИ как об инструменте для отслеживания развития плода во время беременности. Но кроме того, для чего нужен ультразвук? Есть несколько других применений ультразвукового оборудования в медицине - это важный диагностический, а также терапевтический инструмент.Да, его тоже можно использовать для лечения тяжелых заболеваний!

Большинство из нас знает, что ультразвуковые аппараты позволяют медицинским работникам просматривать внутренности нашего тела с помощью ультразвуковых изображений, но что еще вы знаете об этом неинвазивном процессе? Вот несколько интересных фактов об УЗИ, некоторые из которых могут вас удивить!

Пожалуй, самый известный факт в мире ультразвука - помимо его использования для ухода за беременными - это то, что есть несколько животных, которые используют ультразвук, называемый эхолокацией, для навигации и выживания.К ним относятся летучие мыши, киты, дельфины и землеройки. Но, перейдя в мир медицины - вот несколько интересных фактов об УЗИ.

A gynecologist shows a pregnant patient an ultrasound image of her fetus A gynecologist shows a pregnant patient an ultrasound image of her fetus

Пожалуй, самый известный факт в мире ультразвука - помимо его использования для ухода за беременными - это то, что есть несколько животных, которые используют ультразвук, называемый эхолокацией, для навигации и выживания. К ним относятся летучие мыши, киты, дельфины и землеройки. Но, перейдя в мир медицины - вот несколько интересных фактов об УЗИ.

1. Малоизвестные факты об ультразвуковом аппарате

  • Люди не могут слышать ультразвуковые волны, поскольку они имеют высокую частоту, но собаки и кошки могут!
  • Ультразвук - это форма механической энергии, а не электрической!
  • Ультразвуковая визуализация состоит из трех этапов: создание звуковой волны, получение эхо-сигналов и, наконец, их интерпретация.
  • Ультразвук с его неинвазивным и неионизирующим излучением безопасен и не имеет известных побочных эффектов, в отличие от других методов визуализации.Поэтому в большинстве диагностических случаев это наиболее предпочтительная технология визуализации.
  • Один из самых маленьких ультразвуковых преобразователей настолько мал, что может поместиться в кровеносный сосуд.
  • Гель, используемый во время ультразвука, предназначен для обеспечения более плотного соединения между кожей и датчиком, что дает более точные показания.
  • Есть такое понятие как 5-мерный ультразвук! Он был изобретен группой из Университета Джона Хопкинса и интегрирован с компьютерными хирургическими системами в сочетании с трехмерными ультразвуковыми аппаратами.Он был запатентован доктором Расселом Тейлором в 2011 году.
  • Ультразвуковые обследования проводятся 90% кардиологов, неврологов и сосудистых хирургов.

2. Происхождение ультразвуковых аппаратов

  • Роберт Гук (1635–1703), хотя он и не изобрел это, заметил, что с помощью звука можно изучать внутреннюю часть тела.
  • Ультразвук существует с 1794 года, когда итальянский физиолог Лаззаро Спалланцани начал изучать, как летучие мыши перемещаются в темноте.Это понимание стало основой современной физики ультразвука.
  • Для чего впервые был использован ультразвук? Первое предполагаемое использование ультразвука было для другой отрасли, а не для медицины! В 1928 году советский физик Сергей Соколов предложил использовать ультразвук для обнаружения дефектов в металлических отливках.
  • Первые тесты с использованием ультразвуковой технологии были проведены в 1826 году.
  • В первые годы использования ультразвука пациенты должны были полностью погрузиться в воду, чтобы получить показания!
  • Джон Дж.Уайлд (1914–2009) считается отцом медицинского ультразвука. Он наиболее известен тем, что использует ультразвук для диагностики рака.
  • В 1942 году доктор Карл Дуссик впервые применил ультразвук для диагностики опухолей головного мозга.
  • Первое использование ультразвука в кардиологии было сделано Инге Эдлер и Карлом Герцем для измерения сердечной активности с помощью устройства судостроительной компании в 1953 году. Впервые его применили в акушерстве и гинекологии.
  • В 1957 году был представлен Pan Scanner. В нем использовался вращающийся датчик, который не требовал полного погружения пациента в воду.
  • Первый портативный ультразвуковой сканер был использован в США в 1963 году.

3. Для чего используются ультразвуковые аппараты?

  • Для чего еще используется УЗИ? Это может помочь медицинским работникам обнаружить широкий спектр состояний, помимо определения причины боли, отека и инфекции. Кроме того, его можно использовать для исследования повреждений органа, особенно после болезни.
  • Ультразвук широко используется в области здравоохранения, так как он может помочь практикующим врачам исследовать множество внутренних органов, таких как печень, поджелудочная железа, почки, сердце и кровеносные сосуды, селезенка, мочевой пузырь, матка, щитовидная железа, яичники и мошонка, и это просто несколько!
  • Он также может помочь врачам обследовать внутренние органы младенцев, такие как мозг, бедра и позвоночник.
  • Акушерское УЗИ позволяет определить пол плода уже на 18-20 неделе.
  • Другие применения ультразвуковой технологии включают обнаружение заболеваний желчного пузыря, кист, опухолей, урологических состояний, проблем с сердцем и проблем, связанных с щитовидной железой - и это лишь некоторые из них.Узнайте больше о преимуществах ультразвуковых аппаратов в частной практике.

Типы режимов работы аппарата УЗИ

  • 2D или стандартный УЗИ может отображать плоские изображения внутренних органов плода, что помогает обнаруживать пороки сердца, заболевания почек и другие потенциальные дефекты развития.
  • Ультразвук 3D позволяет получать живые движущиеся изображения. Это полезно для врачей, так как они могут изучить ритм, чтобы обнаружить аномалии сердца или помочь обнаружить аномалии плода, такие как заячья губа.
  • 4D ультразвук может показать движение плода, как нерожденный ребенок пинает ногами или двигает руками. Его используют в немедицинских целях, например для создания видеороликов о младенцах, которые в последние годы приобрели большую популярность.
  • Допплеровский ультразвук - это особый вид техники или расширенного ультразвука, который может помочь визуализировать движение жидкостей в организме. Следовательно, он имеет большое значение при обнаружении нарушений кровотока.Это может помочь практикующим врачам изучить кровоток по артериям и венам в организме.

Для чего используется допплерография?

Применение ультразвуковой допплерографии включает исследование опухолей, препятствий кровотоку, таких как сгустки, врожденные сосудистые аномалии и сужение сосудов. Кроме того, они помогают врачам оценивать увеличение, уменьшение или отсутствие кровотока к различным органам. Врачи также используют информацию о кровотоке, полученную с помощью допплеровской техники, для проверки пригодности кандидата на ангиопластику, тип сердечной процедуры [1].Три типа ультразвукового допплера: цветной, мощный и спектральный:

  • Цветной допплер используется для проверки скорости и направления кровотока по кровеносным сосудам.
  • Power Doppler может помочь врачам визуализировать кровоток более подробно. Однако его недостатком является то, что он не может помочь визуализировать направление кровотока.
  • Spectral Doppler может отображать графические измерения кровотока, а также может преобразовывать и отображать информацию о кровотоке в форме отличительного звука!

Дополнительное использование ультразвуковых аппаратов

Каковы другие виды использования ультразвуковых аппаратов? Ультразвук - полезный инструмент, поскольку с его помощью можно даже проводить хирургические процедуры, такие как биопсия и инъекции.Его также можно использовать для проведения пункционной биопсии, которая помогает исключить хирургическое удаление образца ткани, позволяя врачам получать образцы клеток из аномальной области для тестирования. Это менее инвазивно, чем хирургическое вмешательство, и гораздо менее болезненно. Дополнительно:

  • Его можно использовать для сканирования груди и проведения биопсии при раке груди.
  • Какие виды использования ультразвука в кардиологии ? Эхокардиограмма - ультразвуковое исследование сердца - может помочь диагностировать ряд сердечных заболеваний, таких как застойная сердечная недостаточность, проблемы с клапанами.Ультразвук также помогает оценить степень повреждения сердца после сердечного приступа!
  • Какое использование ультразвука в терапии ? Ультразвук имеет терапевтическое применение, поскольку он может помочь заживить поврежденные ткани, лечить серьезные заболевания, такие как тромбоэмболия легочной артерии, сердечные заболевания и многое другое!
  • Одно из применений терапевтического ультразвука - это заживление тканей - ультразвук может улучшить качество восстановления и ускорить процесс заживления тканей.
  • Ветеринары используют ультразвук для выявления заболеваний у животных и проведения ветеринарных процедур.
  • Кроме того, ультразвуковая технология находит применение вне медицины. Например, его используют для тестирования продуктов, сварки и очистки ювелирных изделий, линз, часов и хирургических инструментов.
  • Ультразвуковые волны также используются в индустрии красоты ! Ультразвуковые массажеры для лица являются отличным средством против старения, поскольку они помогают увеличить приток кислорода и удалить мертвые клетки, делая кожу упругой и гладкой. Ультразвуковая технология также используется в устройствах для похудения для удаления целлюлита.

4. Ограничения для ультразвуковых аппаратов

  • Ультразвуковые волны не могут проходить через кость. Следовательно, можно исследовать только внешнюю поверхность кости, а не внутреннюю структуру. Следовательно, применение ультразвука к мозгу очень ограничено, поскольку череп, особенно часть, окружающая мозг, не пропускает ультразвуковые волны.
  • Точно так же ультразвуковые волны не могут проходить через воздух или газ, поэтому ультразвук неэффективен для наблюдения за заполненным воздухом кишечником или органами, скрытыми кишечником.

National Ultrasound для всех ваших потребностей ультразвукового аппарата

Итак, в следующий раз, когда вы услышите слово «ультразвук», не удивляйтесь, если оно не относится к беременности. Его можно использовать в связи с несколькими различными процедурами, и он включает в себя гораздо больше, чем можно было бы ожидать.

УЗИ сегодня повсеместно используются в сфере здравоохранения. Достижения в ультразвуковой технологии привели к тому, что ультразвуковые устройства стали меньше, дешевле и портативнее, одновременно улучшая возможности визуализации.Благодаря портативным ультразвуковым аппаратам и портативным аппаратам ультразвуковая визуализация становится легко доступной, что делает диагностику по месту оказания медицинской помощи реальностью. Использование ультразвука в условиях неотложной помощи и интенсивной терапии произвело революцию в здравоохранении, спасая жизни и повышая удовлетворенность пациентов! Узнайте больше о значении, применении и будущих тенденциях ультразвукового исследования в местах оказания медицинской помощи.

Остались вопросы по использованию ультразвука? Свяжитесь с нами, чтобы поговорить с представителем National Ultrasound сегодня. Наш квалифицированный персонал ответит на все ваши вопросы и предоставит вам именно то, что вам нужно, из нашего широкого ассортимента ультрасовременного ультразвукового оборудования от известных производителей.Мы были бы рады получить известия от вас!

Источники:

http://ultrasoundschoolsguide.com/histras-of-of /

http://www.ultrasoundschoolsinfo.com/five-ultrasound-related-facts-you-may-or-may-not-already-know/

https://www.acmc.edu/fun-facts -о-сонографии-и-ультразвуковой-технологии /

https: // www.radiologyinfo.org/en/info.cfm?pg=genus

https://web.archive.org/web/20070412093629/http://www.electrotherapy.org/electro/downloads/Theotherapy%20Ultrasound.pdf

.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о