超聲波清洗機(jī)的工作原理主要是通過(guò)換能器將功率超聲頻源的聲能轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)，并通過(guò)清洗槽壁將超聲波輻射到清洗液中。‌在超聲波的作用下，清洗液中的微氣泡會(huì)保持振動(dòng)，并在氣泡閉合時(shí)產(chǎn)生沖擊波，從而破壞不溶性污物，使其分散于清洗液中。下面讓我們來(lái)深度理解一下吧：

01什么是超聲波

我們知道，聲波是一種通過(guò)介質(zhì)（如空氣、水和金屬）傳播的振動(dòng)。

那么超聲波又是啥？
其實(shí)，超聲波定義為“人類聽(tīng)不見(jiàn)的高頻聲音”，其頻率一般超過(guò)20 kHz。正常人的聽(tīng)覺(jué)可以聽(tīng)到20-20000赫茲的聲波，大象和牛等動(dòng)物可以聽(tīng)見(jiàn)。低于20赫茲的聲波被稱為次聲波或者亞聲波，超過(guò)20000赫茲的聲波稱為超聲波，蝙蝠海豚等可以聽(tīng)見(jiàn)。在20Hz-20kHz之間為人耳可聽(tīng)見(jiàn)波，頻率低于20Hz為次聲波。

超聲波有縱波、橫波和表面波等類型。
在固體中，同時(shí)存在兩種類型的彈性波。一種其位移方向與波的傳播方向相同，稱為縱波或密度波；另一種位移方向與波的傳播方向垂直，稱為橫波或剪切波。

在超聲波清洗中，頻率可以在 20 KHz 到200 KHz 之間變化。
那么超聲波是如何產(chǎn)生的？
目前超聲波的產(chǎn)生主要利用逆壓電原理和磁滯伸縮原理。
壓電材料在通高頻電流時(shí)，會(huì)產(chǎn)生高頻伸長(zhǎng)和回縮，這種高頻長(zhǎng)度變化其實(shí)是高頻振動(dòng)。磁滯伸縮也是類似的，鐵磁材料在高頻變化的磁場(chǎng)作用下會(huì)產(chǎn)生高頻振動(dòng)，這是超聲產(chǎn)生的基礎(chǔ)。

02什么是空化
在理解超聲波清洗原理前，我們需要明白一個(gè)概念：超聲空化

什么是超聲空化？

超聲空化其實(shí)是一種物理現(xiàn)象，它包括液體內(nèi)部數(shù)百萬(wàn)個(gè)微小蒸汽氣泡的循環(huán)形成、膨脹、破裂和內(nèi)爆。
聲波的傳遞依照正弦曲線縱向傳播，即一層強(qiáng)一層弱依次傳遞。當(dāng)弱的信號(hào)作用于液體中時(shí)，會(huì)對(duì)液體產(chǎn)生一定的負(fù)壓，使液體內(nèi)形成許許多多微小的氣泡。當(dāng)強(qiáng)的聲波信號(hào)作用于液體時(shí)，會(huì)對(duì)液體產(chǎn)生一定的正壓，因而液體中形成的微小氣泡被壓碎。

研究表明，超聲波作用于液體時(shí)，液體中每個(gè)氣泡的破裂會(huì)產(chǎn)生能量大的沖擊波，相當(dāng)于瞬間產(chǎn)生幾千度的高溫和高達(dá)上百個(gè)大氣壓，這種現(xiàn)象被稱之為空化效應(yīng)。超聲波清洗正是應(yīng)用液體中氣泡破裂所產(chǎn)生的沖擊波來(lái)達(dá)到清洗和沖刷工件內(nèi)外表面的作用。
那么為什么負(fù)壓作用于液體時(shí)，會(huì)產(chǎn)生“氣泡”呢？
空化氣泡和燒水產(chǎn)生的氣泡有所不同，空化是當(dāng)液體在恒定環(huán)境溫度下經(jīng)受減壓時(shí)形成液體氣相的現(xiàn)象，因此空化是由于壓力降低而不是熱量增加而導(dǎo)致的液體沸騰過(guò)程。
我們平?？吹揭后w沸騰是因?yàn)榧訜嵋后w使溫度升高，其實(shí)當(dāng)溫度不變時(shí)，如果降低液體壓力，也會(huì)產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象，這個(gè)我們?cè)谥袑W(xué)物理中其實(shí)就已經(jīng)學(xué)過(guò)，比如高原地帶水的沸騰溫度會(huì)降低就是因?yàn)楦咴貛Т髿鈮阂托?/span>
而如果你將一個(gè)空瓶裝滿常溫水，然后不斷抽空瓶中的空氣，你會(huì)發(fā)現(xiàn)瓶中常溫的水在一段時(shí)間后居然沸騰了，其實(shí)是一樣的原理。
深層次原因?yàn)椋阂簯B(tài)水分子之間通過(guò)氫鍵結(jié)合，而這種結(jié)合在溫度升高或者壓力降低時(shí)會(huì)被破壞，導(dǎo)致水氣化蒸發(fā)。而水分子內(nèi)部是靠O-H共價(jià)鍵結(jié)合起來(lái)的，破壞它需要較高的能量，所以水蒸氣中還是H2O分子。

總體來(lái)說(shuō)，空化分為兩個(gè)階段。
第 1 階段，在液體內(nèi)部，減壓作用和溫度逐漸升高，會(huì)產(chǎn)生大量微小的充滿蒸汽的氣泡，在這個(gè)階段，氣泡增加并達(dá)到最大膨脹。

空化氣泡產(chǎn)生與爆破過(guò)程

第 2 階段，在液體內(nèi)部，氣泡中所含氣體的壓縮作用和隨之而來(lái)的溫度升高導(dǎo)致氣泡破裂，直至內(nèi)爆。每次內(nèi)爆都會(huì)將其能量釋放到浸入物體的表面，并充當(dāng)無(wú)數(shù)去除雜質(zhì)的微刷。
03超聲波清洗的原理
有了對(duì)“空化”的理解，我們現(xiàn)在就很容易理解超聲波清洗的原理了。
當(dāng)超聲波在水中傳播時(shí)，會(huì)產(chǎn)生壓縮波峰和波谷。微小氣泡在壓力低的波谷中形成，并由于高壓而在波峰中破裂。當(dāng)氣泡破裂時(shí)，一股小而強(qiáng)大的液體射流會(huì)沖入破裂的氣泡所在的空間。這些噴射液流在要清潔的零件表面上產(chǎn)生強(qiáng)烈的清潔作。清潔發(fā)生在任何有氣泡的地方、整個(gè)罐體、空腔內(nèi)和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的周圍。清潔速度快，可去除所有污染物。

低頻不能有效去除微小顆粒，表面有微小的凹槽，顆?？梢赃M(jìn)入其中。
以下是一些使用的頻率范圍及其應(yīng)用。
20 kHz – 40 kHz：用于一般清潔目的，清洗大而笨重的材料。
60 kHz – 80 kHz：此范圍可有效去除微小顆粒而不會(huì)對(duì)零件造成損壞。通常用于清潔半導(dǎo)體、磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、手表和其他精密零件。
100 kHz 及更高頻率：包括1 MHz在內(nèi)的高頻，具有更溫和的空化效應(yīng)，適用于清潔硅晶片。
關(guān)于超聲波清洗，其實(shí)還有很多可以探索的地方，比如清洗液，清洗溫度，清洗機(jī)類型等。

摘要：

超聲波清洗機(jī)利用超聲波在液體中的空化作用來(lái)清洗物體表面的污垢和雜質(zhì)。具體過(guò)程包括以下幾個(gè)步驟：

1. 超聲波發(fā)生器將電能轉(zhuǎn)化為高頻電能；

2. 換能器將高頻電能轉(zhuǎn)化為超聲波機(jī)械振動(dòng)；

3. 這些振動(dòng)通過(guò)清洗槽壁傳遞到清洗液中；

4. 在液體中傳播的超聲波會(huì)形成無(wú)數(shù)微小氣泡，這些氣泡在壓力作用下不斷形成和破裂，產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力，從而剝離物體表面的污垢。