FAQ: Empezamos a utilizar el Analizador TRZ® leyendo su manual. Tengo una pregunta sobre el diseño del transductor. ¿Tiene alguna guía práctica para el diseño de transductores? Le agradecería que nos ayude con este tema, ya que nos encontramos con un cuello de botella. Sr. H.B.
Diseño de un transductor de limpieza por ultrasonidos que se puede probar y ajustar con el Analizador TRZ®.
Estaremos encantados de compartir nuestra experiencia y atenderle, sin embargo, no contamos con una guía práctica para el diseño de transductores. El acercamiento y el nivel de dificultad dependerán de si tiene un transductor de referencia o si está comenzando desde cero. Incluso replicar un transductor, sin mejoras ni innovaciones, puede ser una tarea difícil y multidisciplinaria. En nuestra experiencia, los principales retos a desarrollar teniendo un referente son los siguientes:
Selección de los materiales - No basta con saber si se trata de titanio, aluminio o acero, también es necesario conocer las aleaciones, los tratamientos térmicos y la dureza. Las diferencias en los materiales implican cambios en las propiedades elásticas, la eficiencia vibratoria y la resistencia a la fatiga. Los cambios en las propiedades elásticas provocan a su vez, cambios en la frecuencia y pueden desequilibrar el punto nodal. Los cambios en la eficiencia pueden reducir la amplitud máxima de vibración. Los cambios en la resistencia a la fatiga afectan la vida útil. Puede medir las frecuencias de resonancia y antirresonancia con el Analizador TRZ®, así como evaluar la eficiencia de la vibración mediante el factor de calidad mecánico Qm.
Mecanizado y sintonización - La frecuencia del dispositivo y sus dimensiones son inversamente proporcionales (cuanto más larga es la pieza, menor es la frecuencia). Las imprecisiones dimensionales y el acabado deficiente de la superficie dan como resultado variaciones de frecuencia. Dado que las variaciones en el mecanizado son inevitables, será casi seguro que sea necesario ajustar los transductores, sonotrodos y puntas ultrasónicas. La sintonía generalmente se realiza con acortamiento y ajuste del ángulo de flexión en el caso de puntas curvas. Nota: Puede utilizar el Software TRZ® para registrar gráficamente los cambios de frecuencia a lo largo del proceso de sintonización y también establecer curvas de referencia.
Equilibrio de la línea nodal - Hay muchos modelos de transductores que tienen una carcasa a través de la cual se fija el transductor para poder utilizarlo, pero la región de fijación debe ser una línea nodal. Si la región de fijación vibra, amortiguará la vibración y reducirá la amplitud de la vibración. Al igual que en una rueda en la que el eje debe colocarse exactamente en el medio, se debe fijar un transductor en la línea nodal. Lo difícil aquí es que la línea nodal es una línea de equilibrio acústico y no un punto medio geométrico o un centro de masa. Los cambios en un lado del transductor, como las variaciones de las propiedades elásticas, pueden causar un desajuste entre la línea nodal y la posición de fijación. Para evaluar si la línea nodal coincide con la posición de fijación, se puede medir el factor de calidad mecánico Qm con el Analizador TRZ® antes y después de la fijación.
Aplicación de la pré-compresión – Pré-compresión, o precarga, es la presión estática aplicada a las cerámicas piezoeléctricas durante el montaje del transductor. Tiene como objetivo maximizar el límite de potencia operativa y el acoplamiento mecánico entre las partes de los transductores, además de evitar desplazamientos durante la vibración. La pré-compresión es un factor clave para la vida útil, la máxima potencia y la eficiencia de los transductores. Sin embargo, el exceso de pré-compresión cambia las propiedades de la cerámica y puede causar aplastamiento; mientras que su defecto causa desplazamiento lateral de la cerámica en alta potencia, provocando grietas, arcos eléctricos y cortocircuitos. Básicamente, la pré-compresión óptima depende de la tensión mecánica máxima soportada por el material piezoeléctrico y de la distribución de la tensión sobre la cerámica. Los valores típicos son 45 MPa para PZT-8 y 35 MPa para PZT-4. Para controlar la pré-compresión, se puede utilizar el instrumento de prueba PiezoClamping.
Sellado - Muchos transductores médicos tienen circulación salina y esta es una causa común de problemas de fuga. Se necesita especial atención con el sello para evitar que ocurran estos problemas.
En lo que respecta al desarrollo desde cero, requiere una amplia experiencia multidisciplinar y la experiencia previa con ultrasonidos es bienvenida. Además de los puntos enumerados anteriormente, es necesario establecer la amplitud de la vibración y evaluar cuidadosamente la distribución de esfuerzos y los puntos nodales en el proyecto. Las herramientas de Software para análisis de elementos finitos son útiles. En ATCP, tenemos experiencia en ayudar a nuestros clientes a replicar, renovar y realizar controles de calidad de transductores de ultrasonidos para aplicaciones industriales y médicas; sin embargo, nuestra experiencia en ayudar a nuestros clientes a desarrollarse desde cero es limitada.
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