Tipo de transductor ultrasónico: comparación de transductor magnetostrictivo y piezoeléctrico
Existen dos tipos de transductores para generar las ondas sonoras necesarias para el proceso: piezoeléctricos y magnetostrictivos. Aunque sus funciones son suficientes para convertirlo en un lugar en el mercado, cada tipo de transductor ultrasónico tiene sus propias características, lo que lo hace más adecuado para tareas específicas. Para compararlos es necesario estudiar cómo funcionan y sus respectivas características.
1. Principio de trabajo
La tecnología piezoeléctrica utiliza un cristal con propiedades eléctricas especiales hecho de titanato de zirconato de plomo. En el transductor, este material cristalino tiene dos cables unidos a caras opuestas. Luego, el cristal y el cableado se ensamblan en la carcasa entre las dos placas de metal. Cuando la corriente fluye a través del cableado y entra en el cristal, el cristal cambia rápidamente de forma y se expande. Cuando se termina la corriente, el cristal vuelve a su forma original. El transductor ultrasónico que utiliza esta tecnología hace circular rápidamente la corriente a través del cristal a una frecuencia establecida, generando así un efecto de resonancia.
El principio de funcionamiento de un transductor ultrasónico magnetostrictivo es que los metales ricos en hierro se expanden y se contraen cuando se someten a un campo magnético. Para aprovechar este comportamiento, los núcleos de metal ricos en hierro están envueltos en alambres de cobre. El componente se contiene en un tanque. Cuando la corriente pasa a través del alambre de cobre, el núcleo de metal se expande y se alarga. Al igual que un transductor piezoeléctrico, una corriente a una frecuencia establecida produce un efecto de resonancia.
2. Una forma fija
Un adhesivo se utiliza para unir el transductor ultrasónico piezoeléctrico a la carcasa del limpiador ultrasónico. Cuando se introdujo por primera vez la tecnología piezoeléctrica, esto creó problemas porque el adhesivo se debilitaría y eventualmente fallaría. Debido al desarrollo de tecnología de ingeniería que se puede utilizar en la industria aeronáutica, esta limitación ya no existe. A pesar del uso repetido, los adhesivos modernos todavía no permiten que el transductor se una.
La carcasa del transductor magnetostrictivo se suelda directamente al tanque del limpiador ultrasónico, proporcionando una unión firme y difícilmente rompible.
3. Frecuencia del transductor ultrasónico
El estado ideal de la limpieza ultrasónica es operar a una frecuencia de 40kHz-70kHz, pero el proceso todavía se puede llevar a cabo en un amplio rango de 25kHz-170kHz.
Los transductores ultrasónicos magnetostrictivos solo pueden trabajar a frecuencias de hasta 30 kHz, lo que significa que sus usos aplicables están muy restringidos. En este caso, el mejor uso del sistema de limpieza ultrasónica del transductor magnetostrictivo es para máquinas grandes que tienen contaminantes que son difíciles de eliminar. El proceso tampoco debe requerir una limpieza a fondo de la maquinaria. Un ejemplo de esta aplicación se puede utilizar en la línea de procesamiento de galvanoplastia.
Por otro lado, el transductor ultrasónico piezoeléctrico puede trabajar en todo el rango de 25kHz a 170kHz, haciendo que su uso sea extremadamente diverso.
4. Consumo de energía
Los transductores ultrasónicos magnetostrictivos deben convertir la energía eléctrica en energía magnética y luego usarla para generar energía mecánica. Todo el proceso generará una gran cantidad de energía desperdiciada, que generalmente se desperdicia en forma de energía térmica.
El transductor ultrasónico piezoeléctrico puede convertir la corriente de bajo voltaje en energía mecánica en un solo paso, lo que lo hace altamente eficiente. Por lo tanto, el transductor piezoeléctrico puede realizar más trabajo mientras consume la misma cantidad de energía eléctrica.
5. Nivel de ruido inherente del transductor ultrasónico
Cuando se generan frecuencias armónicas, las frecuencias sub-armónicas se producen generalmente como productos naturales. La frecuencia de funcionamiento de la mayoría de los transductores piezoeléctricos es de 40 kHz o superior, lo que significa que el primer sub-armónico generado es de 20 kHz, que está más allá del rango de la audición humana normal.
Los transductores ultrasónicos magnetostrictivos generalmente operan a una frecuencia de 30kHz o menos, produciendo frecuencias sub-armónicas audibles. Estas frecuencias suenan igual que el zumbido de los eléctricos o transformadores de alto voltaje escuchados de cerca. Cuando se instalan varios transductores magnetostrictivos en el mismo tanque de limpieza ultrasónica, el nivel de ruido requiere el uso de audífonos protectores.
6. Vida esperada del transductor ultrasónico
Los transductores piezoeléctricos utilizan primero cristales de cuarzo, y con el tiempo, los cristales de cuarzo eventualmente perderán fuerza. Desde entonces, los ingenieros han creado materiales cerámicos semiconductores que pueden ser pre-envejecidos a través de un proceso especial, reduciendo así la cantidad de desgaste después del ensamblaje de los componentes.
Combinados con nuevos compuestos cristalinos, su vida útil es tan larga como la de los transductores magnetostrictivos, y los transductores magnetostrictivos siempre han disfrutado de una larga vida útil.
