هموژنایزرالتراسونیک دستگاهی است، که با استفاده از امواج صوتی با فرکانس بالا، مواد مختلف را برای به دست آوردن ترکیبی همگن، خرد و مخلوط می‌کند. این دستگاه‌ها در صنایع مختلف از جمله داروسازی، غذایی، و زیست‌فناوری مورد استفاده قرار می‌گیرند. با وجود کاربردهای گسترده، استفاده از این تکنولوژی می‌تواند عوارض جانبی و خطراتی را به همراه داشته باشد که باید به دقت مورد بررسی قرار گیرد. در ادامه به بررسی کامل عوارض جانبی هموژنایزر التراسونیک می‌پردازیم.

هموژنایزر التراسونیک چیست؟

هموژنایزرهای التراسونیک دستگاه‌هایی هستند که با استفاده از امواج التراسونیک با فرکانس بالا، مواد مایع یا نیمه‌جامد را به صورت یکنواخت مخلوط می‌کنند. این دستگاه‌ها با ایجاد ارتعاشات شدید، دیواره‌های سلول‌ها را می‌شکنند و محتویات آن‌ها را آزاد می‌کنند، که این ویژگی در فرآیندهایی مانند استخراج مواد مغذی، تولید نانوتیوب‌ها، امولسیون و هموژنیزاسیون مواد غذایی و دارویی کاربرد دارد. مزایای استفاده از هموژنایزرهای التراسونیک شامل افزایش کیفیت محصولات نهایی، کاهش زمان فرآوری، بهبود پایداری امولسیون‌ها و کاهش اندازه ذرات است که باعث بهبود خواص فیزیکی و شیمیایی مواد می‌شود.

عوارض جانبی هموژنایزر التراسونیک بر نمونه

امواج التراسونیک همانطور که گفته شد، قادر به شکستن دیواره سلول‌ها و آزاد کردن محتویات داخلی آن‌ها هستند که در بسیاری از فرآیندهای علمی مفید است، اما می‌تواند به تخریب ساختارهای حساس سلولی در کاربردهای بیولوژیک منجر شود. یکی دیگر از عوارض جانبی هموژنایزر التراسونیک ورود ذرات کوچک تیتانیومی از نوک پروب، به نمونه است، در حین کارکردن، نوک پروب دچار فرسایش می‌شود و این ذرات به نمونه منتقل می‌شوند. این مسئله در صنایع غذایی و دارویی که به خلوص بالا نیاز دارند، مشکل‌ساز است. همچنین، افزایش دما در طول فرآیند هموژنایز کردن می‌تواند به مواد حساس به گرما آسیب برساند.

عوارض جانبی هموژنایزر التراسونیک بر محیط

استفاده از هموژنایزرهای التراسونیک می‌تواند عوارض جانبی محیطی متعددی به همراه داشته باشد. این دستگاه‌ها با ایجاد ارتعاشات و نویزهای بالا، محیط کار را پر سروصدا می‌کنند که ممکن است بر کیفیت کار، تمرکز، و حتی باعث استرس یا خستگی کارگران شود. همچنین در فرآیند هموژنیزاسیون، آئروسل‌ها و ذرات معلقی تولید می‌شوند که ممکن است حاوی مواد شیمیایی یا بیولوژیکی خطرناک باشند و استنشاق آن‌ها برای سلامتی مضر است. علاوه بر این، ارتعاشات و امواج فراصوت می‌توانند باعث تداخل در عملکرد دیگر تجهیزات الکترونیکی موجود در محیط شوند و عملکرد آن‌ها را مختل کنند.

عوارض جانبی هموژنایزر التراسونیک بر کاربران و اپراتورها

کار با هموژنایزرهای التراسونیک ممکن است خطرات فیزیکی مانند سوختگی، آسیب شنوایی، و تماس با مواد خطرناک را برای کاربران به همراه داشته باشد. بنابراین، استفاده از تجهیزات حفاظتی مانند عینک، دستکش، و محافظ گوش بسیار ضروری است. علاوه بر این، استفاده طولانی‌مدت از این دستگاه‌ها می‌تواند باعث خستگی جسمانی و ذهنی شود، بنابراین اپراتورها باید زمان‌های استراحت منظم را در نظر بگیرند. همچنین، هنگام کار با مواد شیمیایی خطرناک، خطر نشت و تماس با این مواد وجود دارد که می‌تواند آسیب‌های شیمیایی جدی به دنبال داشته باشد.

اقدامات ایمنی و پیشگیرانه

اقدامات ایمنی و پیشگیرانه برای کاهش عوارض جانبی هموژنایزرالتراسونیک شامل استفاده از تجهیزات حفاظتی مانند عینک‌های محافظ، دستکش‌های مقاوم، و محافظ گوش است تا از آسیب‌های احتمالی جلوگیری شود. نصب سیستم تهویه قوی در محیط کار برای حذف ذرات معلق و تأمین هوای تازه نیز بسیار مهم است. کاربران باید با نحوه عملکرد دستگاه و خطرات آن آشنا باشند و آموزش مستمر و ارزیابی دوره‌ای به کاهش خطرات کمک می‌کند. به‌علاوه، کنترل دما با سیستم‌های خنک‌کننده، استفاده از فیلترهای میکرو برای حذف ذرات فلزی، و نگهداری منظم پروب با جایگزینی آن در صورت فرسایش، از دیگر راهکارهای مؤثر برای کاهش عوارض این دستگاه‌ها هستند.

سخن پایانی

هموژنایزرهای التراسونیک ابزارهای کارآمد و پراستفاده‌ای در صنایع مختلف هستند، اما بدون رعایت نکات ایمنی و آگاهی از عوارض جانبی آن‌ها، می‌توانند خطرات جدی برای کاربران، محیط و حتی نمونه، به همراه داشته باشند. با استفاده از تجهیزات حفاظتی، آموزش کافی و رعایت استانداردهای ایمنی، می‌توان از عوارض جانبی هموژنایزر التراسونیک جلوگیری کرد و کارایی این دستگاه‌ها را به حداکثر رساند، و درعین حال کیفیت و ایمنی محصولات نهایی را حفظ کرد.

هموژنایزرالتراسونیک، به عنوان ابزاری نوآورانه در فرآیندهایی که نیاز به مخلوط‌های یکنواخت و کاهش اندازه ذرات دارند مورد استفاده قرارمیگیرد. این دستگاه‌ با استفاده از امواج اولتراسونیک به هموژناسیون کمک می‌کند. با توجه به کاربردهای بسیار آن در صنایع مختلف، نمی توان از معایب هموژنایزر التراسونیک غافل شد. در ادامه به بررسی عملکرد، کاربردها و معایب این دستگاه‌ها میپردازیم.

نحوه عملکرد هموژنایزر التراسونیک

هموژنایزرهای التراسونیک از امواج صوتی با فرکانس بالا (معمولاً بین ۲۰ کیلوهرتز تا ۱ مگاهرتز) برای ایجاد پدیده‌ای به نام کاویتاسیون استفاده می‌کنند. در این فرآیند، امواج صوتی در مایعات منتقل می‌شوند و موجب تشکیل و فروپاشی حباب‌های کوچک گاز درون مایع می‌گردند. فروپاشی این حباب‌ها انرژی زیادی آزاد می‌کند که باعث شکسته شدن ذرات، سلول‌ها یا بافت‌ها می‌شود و این ذرات به اندازه‌های کوچکتری تقسیم می‌شوند. این فرآیند به‌طور گسترده‌ای برای همگن‌سازی مواد، استخراج اجزاء سلولی و پراکندگی ذرات در مایعات و در نهایت دستیابی به محلولی یکنواخت، استفاده می‌شود.​

کاربردهای هموژنایزر التراسونیک

هموژنایزرهای التراسونیک در صنایع مختلف کاربردهای مهمی دارند. در صنعت غذا و نوشیدنی، از آن‌ها برای امولسیون‌سازی و تولید محصولاتی با بافت پایدار مانند سس‌ها و چاشنی‌ها استفاده می‌شود و همچنین به هموژن‌سازی محصولات لبنی کمک می‌کنند تا یکنواختی و ماندگاری بهتری داشته باشند. در داروسازی، این دستگاه‌ها به فرمولاسیون داروها کمک کرده و توزیع یکنواخت مواد فعال را تضمین می‌کنند و همچنین در تولید واکسن با همگن‌سازی نمونه‌های بیولوژیکی، نقش مهمی دارند. در صنایع آرایشی و بهداشتی برای تثبیت امولسیون‌ها در لوسیون‌ها و کرم‌ها کاربرد دارند. در نانوتکنولوژی برای سنتز نانوذرات به منظور پراکندگی یکنواخت آن‌ها در حلال‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. این‌ها فقط بخشی از کاربرد هموژنایزر التراسونیک است.

بررسی معایب هموژنایزر التراسونیک

اگرچه این دستگاه‌ها دارای مزایا و کاربردهای زیادی هستند، اما معایب آن‌ها نیز نباید نادیده گرفته شود. شناخت دقیق معایب هموژنایزرالتراسونیک می‌تواند به تصمیم‌گیری بهتر در مورد انتخاب تجهیزات و فرآیندهای تولید کمک کند. در ادامه معایب هموژنایزر التراسونیک را بیان می‌کنیم.

هزینه‌های اولیه بالای هموژنایزرالتراسونیک

یکی از مهمترین معایب هموژنایزر التراسونیک معمولاً هزینه اولیه آن است. که یکی از بزرگ‌ترین چالش‌ها برای کسب‌وکارهای کوچک و متوسط است. برای مثال، فرض کنید شما یک کارخانه کوچک تولید محصولات لبنی دارید و تصمیم می‌گیرید برای بهبود کیفیت محصولاتتان از یک هموژنایزر التراسونیک استفاده کنید. در این صورت، باید نه تنها هزینه بالای خود دستگاه را بپردازید، بلکه تجهیزات جانبی لازم برای عملکرد صحیح آن را نیز تهیه کنید. این بار مالی می‌تواند فشار زیادی بر روی بودجه محدود شما بیاورد و در نهایت مانع از استفاده بهینه از این فناوری پیشرفته شود.

نیازبه تخصص وآموزش دراستفاده از هموژنایزرالتراسونیک

برای استفاده مؤثر از هموژنایزرهای التراسونیک، داشتن دانش فنی و تخصص بسیار مهم است. کاربران باید پارامترهای مختلف دستگاه مانند دامنه، فرکانس و مدت زمان پالس را به‌درستی تنظیم کنند تا فرآیند هموژناسیون به بهترین شکل انجام شود. اگر این تنظیمات به‌درستی انجام نشود، ممکن است مخلوط کردن مواد به‌خوبی انجام نشود یا به اجزای حساس مثل پروتئین‌ها یا مواد دارویی آسیب وارد شود. به عبارت دیگر، تنظیمات نادرست می‌تواند باعث کاهش کیفیت نهایی محصول شود.

تولید حرارت در فرآیند هموژناسیون

یکی دیگر از معایب هموژنایزر التراسونیک، تولید حرارت در حین فرآیند هموژناسیون است. وقتی امواج التراسونیک به مایع برخورد می‌کنند، انرژی زیادی تولید می‌شود که می‌تواند دمای مواد را بالا ببرد. این افزایش دما ممکن است، برای موادی که به گرما حساس هستند، مشکل‌ساز بشود. برای مثال، در صنایع غذایی، حرارت زیاد می‌تواند باعث تغییرات شیمیایی و فیزیکی درمواد بشود، مانند دناتوره شدن پروتئین‌ها (از بین رفتن ساختار طبیعی پروتئین‌ها) یا تخریب ویتامین‌ها. این موضوع به‌طور مستقیم می‌تواند بر کیفیت و خواص نهایی محصول تأثیرمنفی بگذارد، چون ارزش غذایی یا خواص مفید آنها از بین می‌رود.

محدودیت در کاهش اندازه ذرات و حجم نمونه

اگرچه هموژنایزرهای التراسونیک در کاهش اندازه ذرات مؤثرند، اما محدودیت‌هایی در توانایی آن‌ها وجود دارد. برای برخی از کاربردها، مانند تولید نانو یا داروهای خاص، دستیابی به اندازه ذرات مطلوب ممکن است چالش‌برانگیز باشد. تغییرات در خواص مواد می‌تواند بر کارایی کاهش اندازه تأثیر بگذارد و منجربه ناهماهنگی درکیفیت محصول شود. همچنین این دستگاه‌ها معمولاً برای نمونه‌ها با حجم‌ کم مناسب‌ترند. حجم‌های بزرگ‌تر می‌توانند منجر به ناکارآمدی شوند، زیرا امواج اولتراسونیک ممکن است به عمق کافی نفوذ نکنند و نتایج نامناسبی به همراه داشته باشند.

عدم توانایی در تولید مداوم

هموژنایزرهای التراسونیک عمدتاً برای فرآیندهایی طراحی شده‌اند، که مواد مورد پردازش، به صورت ناپیوسته و در حجم‌های مشخص وارد دستگاه می‌شوند. اگرچه این دستگاه‌ها را می‌توان برای تولید مداوم و یکجا نیز تنظیم کرد، اما این کار معمولاً نیاز به تجهیزات و تنظیمات اضافی دارد که هم سیستم را پیچیده‌تر و هم هزینه‌های کلی را افزایش می‌دهد. این موضوع به ویژه برای تولیدکنندگانی که حجم تولید بالایی دارند و به دنبال بهینه‌سازی و کاهش زمان وهزینه‌های تولید هستند، یک نقطه ضعف محسوب می‌شود.

تنظیمات پیچیده هموژنایزر التراسونیک

پیچیدگی تنظیم پارامترها یکی دیگراز معایب هموژنایزرالتراسونیک است. زیرا همیشه مشخص نیست که چه تنظیماتی بهترین نتیجه را می‌دهد. برای مثال، عواملی مثل غلظت مایع (ویسکوزیته)، میزان گاز حل‌شده در آن، و نوع ذراتی که قراراست پردازش شوند، همگی می‌توانند بر کیفیت هموژناسیون تأثیر بگذارند. به همین دلیل، ممکن است لازم باشد که چندین آزمایش مختلف انجام دهید تا بهترین تنظیمات را پیدا کنید. این آزمایش‌ها زمان‌بر هستند و می‌توانند فرایند توسعه محصول را طولانی‌تر کنند. در واقع، شما به روش “آزمون و خطا” نیاز دارید تا به نتیجه مطلوب برسید.

چالش‌های نظافت و نگهداری

وقتی از هموژنایزرالتراسونیک استفاده می‌کنید، مواد دردسته‌های مختلف (یا بخش‌های جداگانه) پردازش می‌شوند. بعد ازهربار استفاده، ممکن است مقداری از مواد از دسته قبلی در دستگاه باقی بماند که در استفاده بعدی، به‌خصوص در صنایع حساس مثل داروسازی و مواد غذایی، باعث آلودگی محصولات جدید شود. چون در این صنایع کیفیت و بهداشت محصول بسیار مهم است، باید مطمئن شوید که پس از هر پردازش، تمام قطعات دستگاه کاملاً تمیز شده‌اند. این کار زمان زیادی می‌برد و می‌تواند سرعت تولید را کاهش دهد و بهره‌وری را تحت تأثیر قرار دهد.

سخن پایانی

هموژنایزراولتراسونیک ابزار قدرتمندی است، که می‌تواند فرایندهای صنعتی را بهبود بخشد و در زمینه‌های مختلفی مانند تولید امولسیون‌ها، کاهش اندازه ذرات، یکنواخت سازی مواد بسیارمؤثرند. اما قبل ازاینکه تصمیم به خرید این دستگاه‌ها بگیرید، مهم است که مزایای آن‌ها را در کنار معایبی که اشاره شد بررسی کنید. درک این نکات به شما کمک می‌کند تا تصمیم بهتری درباره استفاده از هموژنایزراولتراسونیک در کسب‌وکار خود بگیرید.

بیودیزل اغلب در راکتورهای دسته ای تولید می شود. تبدیل بیودیزل اولتراسونیک امکان پردازش مداوم خطی را فراهم می کند. فراصوت می تواند به بازدهی بیودیزل بیش از 99٪ برسد. راکتورهای اولتراسونیک زمان پردازش را از پردازش دسته ای معمولی 1 تا 4 ساعته به کمتر از 30 ثانیه کاهش می دهند. مهمتر از آن، فراصوت زمان جداسازی را از 5 تا 10 ساعت (با استفاده از هم زدن معمولی) به کمتر از 60 دقیقه کاهش می دهد. فراصوت همچنین به کاهش میزان کاتالیزور مورد نیاز تا 50 درصد به دلیل افزایش فعالیت شیمیایی در حضور کاویتاسیون کمک می کند. هنگام استفاده از فراصوت، مقدار متانول اضافی مورد نیاز نیز کاهش می یابد. مزیت دیگر افزایش خلوص گلیسیرین است. در این مقاله در خصوص تولید بیودیزل با استفاده از هموژنایزر التراسونیک صحبت خواهیم کرد.

تولید بیودیزل با استفاده از هموژنایزر اولتراسونیک به صورت مرحله به مرحله

روغن گیاهی یا چربی حیوانی با متانول (که استرهای متیل تولید می‌کند) یا اتانول (برای استرهای اتیل) و متوکسید یا هیدروکسید سدیم یا پتاسیم مخلوط می‌شود. مخلوط گرم می‌شود، به عنوان مثال، به دماهای بین ۴۵ تا ۶۵ درجه سانتی‌گراد. مخلوط گرم شده به مدت ۵ تا ۱۵ ثانیه به صورت خطی سونیک می‌شود. گلیسرین با استفاده از سانتریفیوژها جدا می‌شود. بیودیزل تبدیل شده با آب شسته می‌شود.

معمولاً، سونیکاسیون در فشار بالا (۱ تا ۳ بار، فشار سنج) با استفاده از پمپ تغذیه و یک شیر فشار برگشتی قابل تنظیم در کنار سلول جریان انجام می‌شود. تبدیل بیودیزل صنعتی به انرژی اولتراسونیک زیادی نیاز ندارد. تمام نتایج از آزمایش‌های آزمایشگاهی می‌توانند به صورت خطی و بدون هیچ مشکلی مقیاس‌پذیر شوند. مجموعه فراصوت تجهیزات پردازش بیودیزل اولتراسونیک صنعتی را تأمین می‌کند. با پردازنده‌های اولتراسونیک تا ۱۶ کیلووات قدرت برای هر دستگاه، هیچ محدودیتی در اندازه کارخانه بیودیزل یا ظرفیت پردازش وجود ندارد.

عملکرد کاویتاسیون التراسونیک

بیودیزل معمولاً در راکتورهای بچ با استفاده از گرما و مخلوط کردن مکانیکی به عنوان ورودی انرژی تولید می‌شود. مخلوط کردن کاویتاسیون اولتراسونیک یک جایگزین مؤثر برای دستیابی به مخلوط بهتر در فرآوری تجاری بیودیزل است. کاویتاسیون اولتراسونیک انرژی فعال‌سازی لازم برای ترانس‌استریفیکاسیون صنعتی بیودیزل را فراهم می‌کند.

ترانس‌استریفیکاسیون بهبود یافته با اولتراسونیک برای بیودیزل

تولید بیودیزل معمولاً شامل یک واکنش شیمیایی به نام ترانس‌استریفیکاسیون است که در آن یک تری‌گلیسرید (مانند روغن گیاهی، چربی حیوانی، روغن‌های پخت و پز مصرف شده) با یک الکل (مانند متانول) در حضور یک کاتالیزور واکنش می‌دهد تا بیودیزل (استرهای متیل اسید چرب) و گلیسرول تولید شود. راکتورهای اولتراسونیک می‌توانند فرآیند ترانس‌استریفیکاسیون را به چندین روش بهبود بخشند که منجر به چندین مزیت می‌شود:

بهبود مخلوط کردن: امواج اولتراسونیک می‌توانند حباب‌های کاویتاسیونی ایجاد کنند که به شدت فرو می‌ریزند و باعث مخلوط کردن و تحریک شدید مخلوط واکنش می‌شوند. این امر منجر به تماس بهتر بین واکنش‌دهنده‌ها و کاتالیزور می‌شود که در نتیجه ترانس‌استریفیکاسیون سریع‌تر و کامل‌تر انجام می‌شود.

شتاب‌دهی به سینتیک واکنش: شرایط پرانرژی ایجاد شده توسط امواج اولتراسونیک می‌تواند واکنش را فعال کند، نرخ واکنش را افزایش دهد و زمان واکنش مورد نیاز برای رسیدن به سطح معینی از تبدیل را کاهش دهد. این می‌تواند منجر به بازدهی بالاتر و هزینه‌های کمتر شود.

کاهش مصرف کاتالیزور: راکتورهای اولتراسونیک می‌توانند کارایی استفاده از کاتالیزور را با فراهم کردن سایت‌های فعال بیشتر برای واکنش بهبود بخشند. این بدان معناست که برای دستیابی به همان سطح تبدیل، کاتالیزور کمتری مورد نیاز است که هزینه‌ها و تأثیرات زیست‌محیطی را کاهش می‌دهد.

بهبود کیفیت محصول: راکتورهای اولتراسونیک می‌توانند بیودیزلی با محتوای اسید چرب آزاد کمتر، خلوص بالاتر و خواص جریان سرد بهتر تولید کنند. این به دلیل بهبود مخلوط کردن و سینتیک واکنش سریع‌تر است که تشکیل محصولات جانبی و ناخالصی‌های ناخواسته را به حداقل می‌رساند.

این مزایای فرآوری بیودیزل با اولتراسونیک استفاده از یک تنظیمات راکتور اولتراسونیک را بسیار اقتصادی می‌کند، زیرا استفاده از راکتورهای اولتراسونیک به طور قابل توجهی کارایی، سرعت و کیفیت ترانس‌استریفیکاسیون بیودیزل را بهبود می‌بخشد. به طور خلاصه، اولتراسونیکاسیون ترانس‌استریفیکاسیون را به یک فرآیند اقتصادی و زیست‌محیطی پایدارتر تبدیل می‌کند.

اولتراسونیک برای تولید بیودیزل

بیودیزل اغلب در راکتورهای بچ تولید می‌شود. تبدیل بیودیزل با اولتراسونیک امکان پردازش پیوسته در خط را فراهم می‌کند. اولتراسونیکاسیون می‌تواند به بازده بیودیزل بیش از 99٪ دست یابد. راکتورهای اولتراسونیک زمان پردازش را از 1 تا 4 ساعت پردازش بچ سنتی به کمتر از 30 ثانیه کاهش می‌دهند. مهم‌تر از همه، اولتراسونیکاسیون زمان جداسازی را از 5 تا 10 ساعت (با استفاده از تحریک سنتی) به کمتر از 60 دقیقه کاهش می‌دهد. اولتراسونیکاسیون همچنین به کاهش مقدار کاتالیزور مورد نیاز تا 50٪ کمک می‌کند، به دلیل افزایش فعالیت شیمیایی در حضور کاویتاسیون. هنگام استفاده از اولتراسونیکاسیون، مقدار متانول اضافی مورد نیاز نیز کاهش می‌یابد. یکی دیگر از مزایای آن افزایش خلوص گلیسرین است.

تولید بیودیزل با اولتراسونیک به صورت مرحله به مرحله

1. روغن گیاهی یا چربی حیوانی با متانول (که استرهای متیل را تشکیل می‌دهد) یا اتانول (برای استرهای اتیل) و متوکسید یا هیدروکسید سدیم یا پتاسیم مخلوط می‌شود.

2. مخلوط گرم می‌شود، به عنوان مثال به دماهای بین 45 تا 65 درجه سانتی‌گراد.

3. مخلوط گرم شده به مدت 5 تا 15 ثانیه به صورت خطی سونیک می‌شود.

4. گلیسرین جدا می‌شود یا با استفاده از سانتریفیوژها جدا می‌شود.

5. بیودیزل تبدیل شده با آب شسته می‌شود.

هموژنایزرهای اولتراسونیک برای همگن سازی و لیز نمونه های آزمایشگاهی توصیه می شود که برای پردازش نیازی به سنگ زنی سنتی یا تکنیک های برش روتور-استاتور ندارند. هموژنایزرهای اولتراسونیک Meditech Technologies مهندسی دقیق را با تمام ویژگی های لازم برای ایجاد یک سیستم کامل برای اختلال اولتراسونیک ارائه می دهند. در کاربردهای بیولوژیکی، سونیکاتور پروپ اغلب برای مختل کردن غشاهای سلولی و آزادسازی محتویات سلولی استفاده می شود. Probe Sonicator همچنین برای قطعه قطعه کردن مولکول های DNA استفاده می شود. Probe Sonicator معمولاً در فناوری نانو برای پخش یکنواخت نانوذرات در مایعات و برای تجزیه ذرات به اندازه نانو استفاده می شود. در این مقاله در مورد سونیکاتور پروب بیشتر خواهید خواند.

یک سیستم Sonicator از 3 جزء اصلی تشکیل شده است: ژنراتور، مبدل و بوق (کاوشگر). ژنراتور برق خط AC را به انرژی الکتریکی با فرکانس بالا تبدیل می کند.

ژنراتور دارای یک صفحه کلید یا دکمه هایی است که به کاربر اجازه می دهد تا پارامترهای Sonication را کنترل کند. ژنراتور پالس های ولتاژ بالا انرژی را در فرکانس 20 کیلوهرتز فراهم می کند که یک مبدل پیزوالکتریک را به حرکت در می آورد. مبدل یک دستگاه استوانه ای است که توسط یک کابل فشار قوی به ژنراتور متصل می شود. مبدل انرژی الکتریکی را به ارتعاشات مکانیکی تبدیل می کند. ارتعاش تقویت شده و در طول پروب/شاخ منتقل می شود.

عملکرد پروپ‌های التراسونیک

کاوشگر اولتراسونیک یا مبدل وسیله ای است که پالس انرژی الکتریکی تولید شده از تجهیزات را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند، یعنی امواج صوتی با فرکانس بالا که از طریق ماده آزمایش شده حرکت می کنند. این امواج صوتی پس از بازگشت از سوژه مورد آزمایش گرفته شده و توسط کاوشگرها به یک پالس انرژی الکتریکی تبدیل می شوند. این به نوبه خود پردازش شده و در ابزار تست نمایش داده می شود. به عبارت ساده، یک کاوشگر اولتراسونیک مانند یک بلندگو و گیرنده عمل می کند که پالس های امواج صوتی با فرکانس بالا را بسیار بالاتر از محدوده انسان تولید و دریافت می کند.

عناصر فعال یک سونیکاتور پروپ یک دیسک نازک، مربع یا مستطیل از سرامیک پیزوالکتریک یا کامپوزیت است. اندازه این عناصر از 0.125 اینچ (3 میلی متر) تا 1.5 اینچ (38 میلی متر) متغیر است. آنها وظیفه تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی و بالعکس را انجام می دهند. به این عناصر مانند گذشته کریستال نیز گفته می شود، آنها از کریستال های کوارتز ساخته شده بودند. سرامیک هایی مانند متا نیوبات سرب و تیتانات زیرکونیوم سرب به عنوان عناصر جایگزین کریستال های کوارتز شده اند اما نام “کریستال” باقی مانده است. در حال حاضر، عناصر کامپوزیت در پروب های اولتراسونیک برای افزایش پهنای باند و بهبود حساسیت برای تشخیص عیوب استفاده می شود.

انواع سونیکاتور پروب

انواع سونیکاتور پروب دستگاه های دقیقی هستند و به همین دلیل به دقت و دقت زیادی در طراحی، مواد ترکیبی و ساخت خود نیاز دارند تا از عملکرد دقیق و ثابت اطمینان حاصل شود. مبدل‌ها یا پروب‌هایی که معمولاً برای آزمایش اولتراسونیک استفاده می‌شوند در زیر توضیح داده شده‌اند. اینها بر اساس طراحی و کاربرد مورد نظرشان طبقه بندی می شوند.

پروب های تماسی همانطور که از نام آن پیداست، این پروب ها باید در تماس مستقیم با مواد آزمایش استفاده شوند. یک صفحه سایش نازک و سخت از عنصر در برابر آسیب محافظت می کند. این پروب ها در آشکارسازهای عیب با استفاده از آزمایش پرتو مستقیم استفاده می شوند. این آزمایش‌ها شامل بررسی فضای خالی در شمش‌های فلزی، اندازه‌گیری ضخامت، و بازرسی لایه‌زدایی در کامپوزیت‌ها است.

 پروب های پرتو زاویه ای اینها شبیه به پروب های تماسی هستند اما برای استفاده با گوه های پرتو زاویه ای بهینه شده اند تا بتوانند امواج صوتی را با زاویه ای نسبت به سطح جفت تولید کنند. گوه ها معمولاً به گونه ای پیکربندی می شوند که بتوانند امواج برشی شکستی را در 45، 60 و 70 درجه ایجاد کنند. این پروب های اولتراسونیک در اکثر بازرسی های جوش مورد نیاز هستند. از آنجایی که آزمایش اولتراسونیک در بیشتر هندسه های جوش معمولی مستلزم هدف گیری امواج در یک زاویه است.

سونیکاتور پروب های خط تأخیر: پروب‌های خط تأخیر دارای یک خط تأخیر بین عنصر فعال و جسم آزمایش هستند. این خط تأخیر از یک سیلندر اپوکسی، پلاستیک یا سیلیکا ذوب شده ساخته شده است. خطوط تأخیر زمانی استفاده می‌شوند که اجسام نازک و داغ را آزمایش می‌کنید. در اجسام آزمایشی نازک مانند جوش‌های نقطه‌ای در ورق‌های فلزی، خط تأخیر پالس تحریک را از اکوهای دیوار پشتی جدا می‌کند. برای اجسام آزمایشی داغ، خط تأخیر به عنوان یک عایق حرارتی عمل می‌کند تا عناصر حساس به حرارت در پروب را از تماس مستقیم با حرارت محافظت کند. خطوط تأخیر همچنین در فضاهای محدود یا به شدت منحنی تغییر شکل داده یا منحنی می‌شوند تا بهبود اتصال صدا را فراهم کنند.

پروب‌های غوطه‌وری: پروب‌های غوطه‌وری برای غوطه‌ور شدن در مایع یا آب طراحی شده‌اند. آنها از یک ستون یا حمام آب برای انتشار امواج صوتی در جسم آزمایش استفاده می‌کنند. این پروب‌ها اغلب شامل یک لنز صوتی هستند که امواج صوتی را به یک نقطه کوچک متمرکز می‌کند و در نتیجه حساسیت به بازتابنده‌های کوچک را افزایش می‌دهد. این پروب‌های اولتراسونیک به طور کلی برای آزمایش‌های اسکن شده، برای آزمایش‌های آنلاین یا در فرآیند بر روی قطعات متحرک، و برای بهینه‌سازی امواج صوتی که به شیارهای تیز، شعاع‌ها یا کانال‌ها در اجسام آزمایشی با هندسه پیچیده انتشار می‌یابند، استفاده می‌شوند.

سونیکاتور پروب‌ دو عنصری: پروب‌های دو عنصری که به طور معمول به عنوان “دوگانه‌ها” شناخته می‌شوند، دارای عناصر جداگانه‌ای برای ارسال و دریافت امواج صوتی هستند. این عناصر با زاویه کمی بر روی یک خط تأخیر نصب شده‌اند. این کار برای متمرکز کردن امواج صوتی در فاصله‌ای انتخاب شده در زیر سطح جسم آزمایش انجام می‌شود. این پروب‌ها به طور کلی برای آزمایش سطوح خشن و خورده استفاده می‌شوند زیرا حساسیت بیشتری به خوردگی دارند و وضوح خوبی در نزدیکی سطح دارند. همچنین برای آزمایش در دماهای بالا و شناسایی نقص‌ها در ریخته‌گری‌های سطح خشن استفاده می‌شوند.

اهمیت و عملکرد پروب‌های اولتراسونیک

سونیکاتور پروب برای اهداف مختلف در طیف گسترده‌ای از کاربردهای صنعتی استفاده می‌شوند. اهمیت آنها را می‌توان از این واقعیت سنجید که آنها برای بسیاری از صنایع برای به حداکثر رساندن کارایی و ساده‌سازی فرآیند تولید از طریق اندازه‌گیری و کنترل دقیق حیاتی هستند. بیایید به برخی از کاربردهای پروب‌های اولتراسونیک نگاهی بیندازیم.

در تولید و سایر صنایع: پروب‌های اولتراسونیک در مدیریت خط تولید، شمارش نیروی کار بزرگ، تشخیص سیم‌ها و نخ‌های شکسته، تشخیص وسایل نقلیه برای مونتاژ خودرو و شستشوی خودرو، کنترل ارتفاع انباشت، ارزیابی سطح مایعات، حسگرهای رباتیک، تشخیص قطعات نامنظم برای کاسه‌ها و قیف‌های تغذیه و اندازه‌گیری فاصله بین اشیاء در میان بسیاری از عملکردهای دیگر استفاده می‌شوند.

در حوزه بهداشت و پزشکی: پروب‌های اولتراسونیک برای طیف گسترده‌ای از عملکردها در بخش بهداشت و درمان استفاده می‌شوند. این شامل آزمایش‌های تشخیصی، آزمایش اندام‌های داخلی مانند چشم‌ها، قلب و رحم و تشخیص تومورها که در تشخیص سرطان مفید هستند، می‌شود. امواج اولتراسونیک تولید شده توسط این پروب‌ها به کاهش درد مفاصل کمک می‌کنند. این امواج همچنین تومورها را که نیاز به گرمایش موضعی دارند، سوزانده می‌کنند. ارتعاشات آنها همچنین به حذف سنگ‌های مثانه و کلیه کمک می‌کند.

در صنعت شیمیایی: امواج اولتراسونیک حفره‌سازی (تشکیل حباب) ایجاد می‌کنند که منجر به تخلیه الکتریکی می‌شود. این به عنوان یک کاتالیزور در واکنش‌های شیمیایی از جمله اکسیداسیون و کاهش، پلیمریزاسیون و دپلیمریزاسیون، بازآرایی مولکولی و هیدرولیز عمل می‌کند. فعالیت کاتالیزوری منجر به واکنش‌های شیمیایی کارآمد و سریع در دمای پایین یا اتاق می‌شود. بنابراین، پروب‌های اولتراسونیک در چندین صنعت که از مواد شیمیایی استفاده می‌کنند، استفاده می‌شوند. این منجر به صرفه‌جویی بیشتر و کاهش اثرات منفی بر محیط زیست می‌شود.

برای تمیز کردن اقلام حساس و گرانبها: سونیکاتور پروپ برای تمیز کردن اشیاء حساس و گرانبها استفاده می‌شوند. همانطور که در بالا توضیح دادیم، امواج اولتراسونیک حفره‌سازی، حباب‌ها و ارتعاشات ایجاد می‌کنند. این پروب‌ها در یک محیط مایع همراه با اشیاءی که باید تمیز شوند قرار می‌گیرند. ارتعاشات ایجاد شده توسط پروب‌ها منجر به تمیز شدن شیء می‌شود. اشیاءی که برای تمیز کردن در نظر گرفته شده‌اند شامل ماشین‌آلات کوچک، جواهرات، دندان مصنوعی و سایر ابزارهای جراحی هستند.

با آشکارسازهای نقص اولتراسونیک: پروب‌های اولتراسونیک یک جزء اساسی از آشکارسازهای نقص هستند. به دلیل امواج تولید شده توسط آنها، آشکارسازهای نقص می‌توانند خوردگی در لوله‌ها و مخازن تحت فشار را تشخیص دهند، اتصالات جوش را بازرسی کنند و یکپارچگی ساختارهای حیاتی و اساسی مانند ریل‌های راه‌آهن، برج‌های فلزی و تیرها و پین‌های پل‌ها را بررسی کنند.

سخن پایانی

پروب‌های اولتراسونیک و سونیکاتور پروب بخش اساسی هر تجهیزات آزمایش اولتراسونیک هستند. این پروب‌ها برای اهداف مختلف در طیف گسترده‌ای از صنایع استفاده می‌شوند. Modsonic پیشرو در تولید پروب‌های اولتراسونیک در هند است. آنها همچنین دستگاه‌های آزمایش اولتراسونیک دیگری مانند آشکارسازهای نقص، بلوک‌های مرجع و کالیبراسیون، و ضخامت‌سنج‌های اولتراسونیک و چندین دستگاه دیگر را تولید می‌کنند. برای خرید تجهیزات آزمایش اولتراسونیک با کیفیت بالا و قابل اعتماد، سایت آنها را مرور کنید.