Ультразвуковые отмывочные ванны для чего
Применение ультразвуковых ванн
Хотя, в последнее время растут запросы на ультразвуковые ванны и специальные ультразвуковые реакторы для фармацевтической, химической и пищевой промышленностей, для проведения различных биотехнологических процессов. При применении в этих отраслях промышленности ультразвуковые ванны и ультразвуковые реакторы очень эффективны для качественного смешивания различных жидкостей, в том числе и «не смешиваемых» (например масла и воды) для создания эмульсий. В ультразвуковых ваннах в десятки раз быстрее протекают любые химические реакции, а, например, травление поверхностей деталей происходит еще и более равномерно, включая и труднодоступные полости. Ультразвуковые ванны или ультразвуковые реакторы практически не заменимы для эффективного проведения таких процессов, как экстракция, получение суспензий, дегазация(удаление растворенных газов) жидкостей. Так, например качественный травяной настой (экстракт) с помощью ультразвуковой обработки можно получить достаточно быстро в обычной теплой воде с полным сохранением всех полезных веществ, отказавшись от кипячения.
Основным сдерживающим фактором для приобретения предприятием или частным лицом ультразвуковой ванны является относительная дороговизна этого оборудования. В промышленно развитых странах ультразвуковые технологии, в том числе и очистки, уже давно широко применяются и объемы их применения увеличиваются. На самом деле эффективные ультразвуковые ванны быстро окупаются, если к ним приложена правильно подобранная технология и эффективные растворы. На наше практике еще ни один потребитель не пожалел, что приобрел ультразвуковую ванну с нашими технологическими рекомендациями, и подобранными растворами, которые отработаны нами для большинства видов загрязнений.
Ультразвуковая ванна для очистки ювелирных изделий
Со временем различные ювелирные украшения теряют свой блеск и красоту. Чтобы кольца, цепочки и кулоны выглядели как новые, необходимо их очистить. Сплавы драгоценных металлов, а особенно сплавы высокой пробы золота, достаточно мягкие, поэтому легко теряют блеск и полировку. Чистка ультразвуком очень эффективна. Это связано с тем, что ультразвук удаляет загрязнения даже в самых мелких полостях. После чистки в ультразвуковой ванной ювелирные изделия вновь приобретают первоначальный внешний вид.
Без колебания о колебаниях. Использование ультразвука в процессе отмывки
Инженер-технолог, к.х.н. Татьяна Кузнецова
Успех выполнения процесса отмывки в электронике зависит от огромного количества составляющих. И немалый вклад в положительный результат вносит оборудование. Причиной этого является наличие в оборудовании агитации — воздействия, которое ускоряет и увеличивает эффективность операции отмывки. Основным видом агитации при отмывке погружением считается ультразвук. Очень часто в своей практике я вижу принципиально разные отношения к ультразвуку: одни специалисты считают, что ультразвук моет все и это самый лучший вид агитации, другие уверены, что ультразвук портит все и использовать его категорически нельзя. Но, как обычно, истина где-то посередине, и тому, где именно ее искать, и посвящена эта статья.
Ну и начнем мы с обсуждения того, что же такое ультразвук.
Ультразвук — звуковые волны, имеющие частоту выше воспринимаемых человеческим ухом, обычно, под ультразвуком понимают частоты выше 20 кГц [1]. По физической природе ультразвук представляет собой упругие волны, и в этом он не отличается от звука, поэтому частотная граница между звуковыми и УЗ-волнами условна [2].
Рис.1 Смещение среды в следствие колебаний, вызываемых источником ультразвука
Если наполнить ультразвуковую ванночку чистой водой и включить ультразвук мы можем визуально увидеть круги, расходящиеся по воде (рис. 2).
Рис. 2 Воздействие ультразвука на воду
В однородной среде ультразвук распространяется прямолинейно и равномерно; на границе двух сред он будет отражаться, преломляться и рассеиваться; а также будет затухать на определенной длине от источника и поглощаться средой, превращаясь в тепло. Также, колебания ультразвука могут вызывать резонанс, что является причиной повреждения кварцевых генераторов, частота которых близка к частоте колебаний ультразвука (а именно часовых кварцев с частотой 32,768 кГц). Тут же сразу хочется оговорится, что частота используемого в целях отмывки ультразвука лежит в области 25-45 кГц и никак не может вступать в резонанс с мегагерцовыми колебаниями, а все остальные резонаторы, за исключением часовых кварцев, работают именно в Мегагерцовом диапазоне). Т.е. те резонаторы, чья частота далека от 25-45 кГц никак не повреждаются ультразвуком, если конечно их корпус выдерживает отмывку (рис. 3).
Рис. 3 Воздействие ультразвука на резонаторы. Мегагерцевый резонатор не повреждается ультразвуком (а), часовые кварцы могут повреждаться при использовании частоты ультразвука 35 кГц, но не будут повреждаться при 40 или 25 кГц (б)
Встретив препятствие, ультразвук либо обогнет его (если размеры препятствия существенно меньше длины волны) либо отразится от препятствия (если размеры сопоставимы или больше длины волны). Для частоты 35 кГц длина волны УЗ волн в воде будет порядка 4.2 см (вычислено по формуле λ=с/f, при помощи данных о скорости УЗ в воде – 1480 м/с, взятых из [3]). Таким образом, от крупных компонентов, лежащих на дне ванне изделий и т.п. ультразвук будет отражаться, а вот мелкие загрязнения в растворе, и мелкие компоненты для волны препятствием являться не будут, т.е. очистка будет происходить и под ними. Также из вышенаписанного следует, что для обеспечения прохождения волны, изделия в ультразвуковую ванну следует помещать вертикально, причем категорически нельзя использовать корзины, дно которых закрыто, толщина сетки которых больше 5мм, а также нельзя класть платы параллельно излучателю (все это относится к большинству оборудования, у которого излучатели располагаются на дне ванны либо сам корпус является резонатором). Возможно, если класть изделия навалом на дно, то их помещается больше, возможно высота ванночки меньше высоты платы, но все это не отменяет того, что Вы таким образом вместо отмывки просто портите свою ванну (рис. 4).
Рис. 4 Помещение изделий в ультразвуковую ванну
Также, продолжая разговор о корзинах, надо добавить, что правильная корзина никогда не стоит на дне ванны, она стоит на ножках на высоте 15-30 мм над дном, причем так, чтобы ножки не попадали на излучатели. Нахождение посторонних предметов на излучателях вызывает избыточный шум, неправильную работу и в конечном итоге порчу излучателей.
Так что же происходит в УЗ ванне? Очень часто написано много общих слов и терминов, из которых очень трудно понять суть. Если говорить простыми словами то под действием ультразвука частички жидкости двигаются вправо-влево, образуя разрывы, в которых пустота (вакуум), а также пары жидкости и области, где этот разрыв схлопывается с достаточно большой силой. Т.е. по ходу движения волны в первой фазе – фазе разрыва жидкость расходится, а во второй фазе при схлопывании возникает локальное повышение давления и температуры. Такое явление называется кавитация. Кавитационные пузырьки возникают преимущественно в граничных поверхностях между жидкостью и очищаемыми изделиями, так как дефекты поверхности и загрязнения в растворе способтсвуют разрыву жидкости. И собственно то механическое очищающее действие, которое оказывает ультразвук, осуществляется по большей части за счет этого явления, которое является механическим воздействием на очищаемое изделие. Надо понимать, что такое явление выражено тем сильнее, чем меньше частота (количество колебаний в единицу времени), так как размер пузырька с уменьшением длины волны и увеличением частоты будет сильно падать (он примерно равен 1/6πλ3 и значит, при уменьшении длины волны в 2 раза уменьшится в 8 раз).
Рис. 5 Фазы разрыва и схлопывания жидкости
Описанное выше явление кавитации происходит только при определенной мощности, которая зависит от частоты ультразвука и применяемой жидкости. Для воды в низкочастотном диапазоне при атмосферном давлении – это 300-1000 Вт/л [4]. Сравнивая эти цифры, с цифрами из таблицы 1, можно сделать вывод, что при отмывке электроники кавитации не происходит. А что же еще нам дает эффективную отмывку? Как было отмечено выше – скорость ультразвука в воде 1480 м/с (1,5 км в секунду. ) и если на пути его встречается препятствие, то при его огибании возникают акустические течения. Природа акустических течений объясняется законом сохранения импульса. Звуковая волна, проходящая через среду, несёт в себе импульс, который постепенно передаётся частицам среды, вызывая их упорядоченное движение [5]. Такие течения способны «отколотить» препятствие, если оно плохо держится на поверхности и ускорить процесс растворения растворимых загрязнений на поверхности. Также свой вклад вносит звуковое давление, создающее периодические импульсы на границе отмывочной среды и препятствия.
Таблица. Зависимость удельной мощности от объема ванны [6]
Рекомендуемые для очистки электроники частоты лежат в диапазоне 30-45 кГц (больше не эффективно, меньше слишком разрушительно). Стоит также отметить, что не желательно включать ультразвук совместно с барботажем, потому что иначе у нас вместо областей вакуума, будут области с воздухом, на сжатие которого будет тратится наша механическая энергия. Никакой нормальной очистки при этом происходить не будет, а вот перегрев жидкости Вам гарантирован.
Очень часто в рекламе оборудования мы можем увидеть, что воздух в жидкости мешает работать ультразвуку, поэтому покупайте у нас оборудование с функции дегазации. Гнаться за кнопкой «degas» не надо, дегазация выполнится сама собой, если мы просто включим ванночку с ультразвуком минут на 10-20 до начала работы.
Хочется пояснить, еще вот какую вещь, в стандарте IPC-СН-65 [7] написано, что наибольшая эффективность ультразвука достигается в водных растворах и при температурах от 40 до 75 градусов. Но объяснения почему именно так, нет, хотя, на мой взгляд, это объяснение примитивно просто. Если вновь мы обратимся к рис 5 и вспомним, что ультразвук вызывает колебания жидкости и в результате этих колебаний происходит образование и схлопывание полостей, то нам станет понятно, что наиболее легко раздвигаться и схлопываться будут наиболее плотные и наименее вязкие жидкости. А если обратится к справочникам, то можно увидеть, что наиболее плотной и наименее вязкой средой является вода и водные растворы. Для того, чтобы понять почему рекомендуют использовать ультразвук при температурах выше 45 мы посмотрим на рис 6. Как мы видим, после температуры 40 градусов, вязкость всех показанных на рисунке веществ падает и становится меньше 1.5 мПа/с, т.е. все растворители при такой температуре становятся маловязкими, а плотность их все еще достаточно велика. (например для воды плотность при 20°С – 999,2 кг/м3, а при 50°С – 988 кг/м3).
Рис.6 Зависимость вязкости веществ от температуры
Также немного надо остановиться на мощности ультразвуковой ванны. Можно обратить внимание, что для разных объемов и разных генераторов мы видим разные цифры удельной мощности (таблица 1), причем видно, что тем больше объем ванны, тем меньше значение мощности в Вт/л, рекомендуемой для отмывки. Это связано с тем, что не вся энергия уходит на создание колебаний в жидкости, и чем больше ванна тем выше КПД передачи мощности в жидкость.
После того, как небольшой экскурс в физику явления мы сделали, надо бы ответить на вопрос, а что же мы реально можем повредить ультразвуком и как проверить повредим или нас просто пугают страшилками.
Можно сразу обозначить ряд элементов, которые могут повреждаться ультразвуком и лучше их не мыть с помощью ультразвука:
— реле за счет «залипания» контактов
— предохранители в стеклянном корпусе
— часовые кварцы, при использовании частоты 35 кГц
— «советские» микросхемы в металлическом корпусе
Что касается последних, то именно из-за них бытует мнение, что никакие микросхемы нельзя мыть в ультразвуке, но это совсем не соответствует действительности. Лет 40 назад «в те далекие времена, когда компьютеры были большими, а программы меленькими», микросхемы делались так: на подложку помещался кристалл, разваривали его золотыми проводками к «ногам» микросхемы и одевали металлический кожух. (рис. 7) Именно эти микросхемы боялись и продолжают бояться ультразвука, потому что вибрации ультразвука, передаваясь на корпус микросхемы повреждают эти самые тонкие золотые разварки, действуя на них, подобно пальцам гитариста на струны гитары.
Рис. 7 Разварка кристалла
Но с тех пор изменился не только размер компьютеров и программ для них, изменился и подход к корпусированию. Теперь большиснство схем, особенно импортного производства, заливается компаундом, делающим разварки неподвижными, а во многих микросхемах исчезли и разварки как таковые. Поэтому прежде чем начать бояться мыть микросхему в ультразвуке есть смысл внимательно посмотреть на нее и на ее даташит, в котором как правило есть раздел Cleaning – очень рекомендую читать этот раздел заранее, в нем бывает много неприятных неожиданностей, связанных отнюдь не только с ультразвуком. Если же у Вас остались сомнения, то в стандарте IPC-TM-650 тест 2.6.9.2. [6] описана следующая процедура проверки: налить в УЗ ванну, работающую на частоте примерно 40 кГц и с мощностью УЗ как в таблице 1 деионизованную воду (причина использования воды, как тестовой жидкости уже обсуждалась выше), нагреть до 60°С, включить ультразвук на примерно 15 минут для дегазации жидкости, после чего в корзину положить статистически достоверное количество каждого типа микросхем, устойчивость которых к ультразвуку мы хотим проверить (не забываем, что один и два статистически достоверным количеством не является) и включить ультразвук. Время воздействия ультразвука выбирается как предполагаемое время воздействия в процессе отмывки *10 (т.е. если мы полагаем что время отмывки будет 5 минут, мы помещаем микросхемы в ванну с УЗ на 50 минут.
По окончании теста вынимаем микросхемы, сушим, осмотриваем на предмет визуальных повреждений и проводим функциональный тест. По результатам этого теста и принимается решение о «мыть или не мыть».
Список использованной литературы
3. Балдев Радж, В.Раджендран, П.Паланичами. Применения ультразвука.-Москва.:Техносфера, 2006.
6. IPC-TM-650 Руководство по методам тестирования, тест на устойчивость компонентов к ультразвуку http://www.ipc.org/TM/2.6.9.2.pdf
7. IPC-CH-65 Руководство по очистке печатных плат и сборок, 2011
Ультразвуковые мойки для стерилизации медицинских инструментов
Что это такое и по какому принципу работает?
Ультразвуковая мойка (иногда называют ванной) представляет собой контейнер с крышкой, встроенным нагревательным элементом, источником ультразвука и отражателем. Внутри мойки имеется поддон для инструментов. Слив использованной воды происходит через шланг. Аппарат оснащён таймером и электронной системой контроля. Выпускаются ёмкости разных форм и размеров. Корпус мойки может быть выполнен из нержавеющей стали или из пластика.
Принцип работы
Прибор с излучателем ультразвуковых волн использует акустическую технологию очистки. В моющем растворе внутри ёмкости под действием звукового излучения высокой частоты возникает кавитация. В жидкой среде образуются акустические потоки с мельчайшими пузырьками газа. Пузырьки быстро разрушаются, создавая эффект микрофибрилляции. Невидимые глазом взрывы происходят во всей массе жидкости, заставляя раствор интенсивно двигаться в отверстиях, зазорах, изгибах и пазухах промываемых предметов. Размер полостей не имеет значения. Все поверхности, включая труднодоступные, очищаются быстро и очень эффективно.
Ультразвуковая очистка (УЗО) в жидкой среде включает два процесса – растворение загрязнений и перемещение их с предметов в раствор. УЗ-волны усиливают действие моющих агентов по растворению грязи, а затем полностью удаляют её с поверхностей.
Обработка необходимых медицинских прибор состоит из трёх основных этапов, которые проходят внутри мойки:
Все этапы дезинфекции осуществляются без перемещения инструментов вручную!
По окончанию процесса инструменты помещаются в сушилку, после чего они будут готовы к дальнейшей стерилизации в автоклаве.
Преимущества метода УЗО в сравнении с традиционным мытьём и дезинфекцией:
Как правильно выбрать УЗМ?
При выборе ультразвуковой ванны очень важно учесть несколько важный факторов. Обратить внимание нужно на:
Важные практические рекомендации по работе с УЗМ
Хотя работа с ультразвуковыми мойками в принципе не требует никаких особых навыков и специального обучения, знать некоторые нюансы необходимо для сохранности очищаемых предметов и собственной безопасности.
В каких отраслях медицины не обойтись без УЗМ
Стоматологические принадлежности идеально подходят для очистки в УЗИ-мойках. Буры, зеркала, крючки, зубные протезы, пресс-формы очищаются быстро и бережно. Для нужд стоматологии выпускаются специальные мойки, с малым расстоянием между отражателем и излучателем и максимально интенсивностью излучения.
Эндоскопы, микрохирургические принадлежности, линзы относятся к разряду объектов, трудных в очистке. Применение грубых щёток и агрессивных составов для них губительно. Ультразвук – оптимальный инструмент для их обработки.
Клинико-диагностические лаборатории используют УЗО для отмывки химической посуды, капилляров и пипеток, иных предметов с узкими и длинными отверстиями.
В гинекологии УЗ-очистка инструмента часто применяется как финишная, если в дальнейшей стерилизации нет необходимости. Степень дезинфекции, достигаемая в мойках, достаточно высока.
Список можно продолжать еще долго, поскольку высокотехнологичное ультразвуковое оборудование расширяет своё участие в санации медицинского оборудования, экономя время персонала и повышая безопасность работы. Практически все сферы медицины требуют высокоэффективной обработки рабочего инвентаря.
Применение ультразвуковых моек и ванн
Подробно про обработку в ультразвуковой ванне
Для начала давайте разберемся с основными понятиями и принципом работы ультразвуковой мойки.
Ультразвуковая мойка или ванна – устройство, которое использует ультразвук для очистки различных изделий от загрязнений. Представляет собой оборудование условно произвольной формы. Основные составляющие это – корпус, внутренний бак, плата управления и ультразвуковые излучатели.
Основной принцип работы – использование волн ультразвука для разрушения связей грязевых частиц с поверхностью, которую необходимо очистить. В процессе работы возникает эффект кавитации что ведет к образованию вакуума или области с разреженным паром, и следующего за ним, гидроударом. Под действием этого процесса достигается желаемый результат – очистка.
Назначение ультразвуковой ванны:
Каждая обработка состоит из этапов:
Теперь мы ознакомились со всеми базовыми понятиями.
Зачем нужна ультразвуковая ванна?
Давайте разберемся, для чего нужна ультразвуковая мойка.
Основные сферы применения оборудования:
Применение ультразвуковой ванны в этих сферах является наиболее распространенным. Чаще всего ее применяют в промышленных и бытовых целях. Почему стоит купить ультразвуковую мойку? Ответ прост – это выгодно по всем критериям. Для того чтобы Вас убедить в этом, давайте поговорим о способах применения.
И так, 15 способов применения в доме и промышленности:
Применение ультразвуковых моек и ванн оправдано на все 100%. Использование ультразвуковой ванны дает неоспоримые преимущества перед другими способами очистки (механический и химический). Способы и сферы применения обширны. Ультразвуковая обработка – современный и экономичный метод решения проблем, который экономит как деньги, так и время. Широкий выбор по габаритным характеристикам устройства позволяет легко подобрать нужную мойку.
На этом все. Если у Вас есть вопросы или дополнения к статье – смело пишите их в комментарии. Для тех, кто еще не определился с выбором мойки – загляните в этот раздел.
Особенности и выбор УЗ мойки в салон красоты или маникюра
Для экономии времени в процессе дезинфекции и предстерилизационной очистки многие мастера используют ультразвуковую мойку. Разбираемся, что представляет собой прибор, от чего отталкиваться при покупке и как он может ускорить процесс обработки инструментов.
Что такое УЗ мойка 
Компактные УЗ мойки используются в салонах красоты, маникюрных и стоматологических кабинетах. На крупных предприятиях, где требуется очистка инструментов или их деталей, устанавливаются мойки большей вместимости и габаритов.
Принцип работы
После подключения УЗ-мойки к сети, в рабочей емкости устройства начинает одновременно протекать 3 процесса. Их совместное воздействие позволяет очистить инструмент от налета и загрязнений:
Достоинства:
Недостатки:
Особенности ультразвуковой чистки
Характеристики
Требования к дезраствору
Для повышения эффективности дезинфекции, выбирай раствор, соответствующий указанным характеристикам. Некоторые жидкости из-за своей среды не позволяют развиваться процессу кавитации, что снижает эффективность ультразвуковой чистки:
Растворы, рекомендуемые к применению в УЗ-ванне: