شاخ مافوق صوت و یا پروب به طور گسترده ای برای برنامه های کاربردی پردازش مایع چند برابر از جمله همگن سازی استفاده می شود, پراکنده, مرطوب فرز, تقلید, استخراج, فروپاشی, حل, و de-aeration. یادگیری اصول اولیه در مورد شاخ مافوق صوت، پروب مافوق صوت و برنامه های کاربردی خود را.

شاخ مافوق صوت در مقابل کاوشگر مافوق صوت

اغلب، اصطلاح شاخ مافوق صوت و پروب به طور قابل تعویض استفاده می شود و اشاره به میله مافوق صوت است که امواج سونوگرافی را به مایع منتقل می کند. اصطلاحات دیگری که برای پروب مافوق صوت استفاده می شود شاخ آکوستیک، sonotrode، موج کش صوتی، و یا انگشت مافوق صوت است. با این حال، از نظر فنی تفاوت بین شاخ مافوق صوت و یک کاوشگر مافوق صوت وجود دارد.
هر دو، شاخ و کاوشگر، به بخش هایی از به اصطلاح مافوق صوت نوع کاوشگر اشاره دارند. شاخ مافوق صوت بخش فلزی از transducer مافوق صوت است, که می شود از طریق ارتعاشات piezoelectrically تولید هیجان زده. شاخ مافوق صوت در فرکانس خاصی ارتعاش می کند، مانند ۲۰kHz که به معنی ۲۰٬۰۰۰ ارتعاش در ثانیه است. تیتانیوم مواد ترجیح داده شده برای ساخت شاخ مافوق صوت با توجه به خواص انتقال آکوستیک عالی آن، قدرت خستگی قوی آن، و سختی سطح است.

کاوشگر مافوق صوت نیز sonotrode یا انگشت مافوق صوت نامیده می شود. این میله فلزی است, اغلب از تیتانیوم ساخته شده, و نخ به شاخ مافوق صوت. کاوشگر مافوق صوت یک بخش ضروری از پردازنده مافوق صوت است, که انتقال امواج سونوگرافی به محیط فراصوت. پروب های مافوق صوت / sonotrodes در اشکال مختلف (به عنوان مانند مخروطی، نوک، tapered، و یا به عنوان Cascatrode) در دسترس هستند. در حالی که تیتانیوم رایج ترین مواد مورد استفاده برای پروب مافوق صوت است، همچنین sonotrode ساخته شده از فولاد ضد زنگ، سرامیک، شیشه و مواد دیگر در دسترس وجود دارد.

از آنجا که شاخ مافوق صوت و پروب تحت فشرده سازی مداوم و یا تنش در طول فراصوت, انتخاب مواد شاخ و کاوشگر بسیار مهم هستند. با کیفیت بالا تیتانیوم (درجه 5) قابل اعتمادترین، با دوام ترین و موثرترین فلز برای مقاومت در برابر استرس، برای حفظ دامنه های بالا در طول دوره های طولانی از زمان، و انتقال خواص صوتی و مکانیکی در نظر گرفته شده است.

مافوق صوت با کارایی بالا بیشتر در محدوده فرکانس 20-30kHz کار می کنند. در 20 کیلوهرتز، کاوشگر مافوق صوت به طور معمول یک میله طنین بلند طول یک نیم است، که به طور مداوم در حال گسترش و انقباض 20،000 بار در ثانیه است. حرکات انبساط و انقباض به صورت سونوگرافی با قدرت بالا به محیط فرایند، به عنوان مایع یا دوغاب منتقل می شوند تا کاربردهایی مانند

• مافوق صوت بالا بریک مخلوط کردن
• اولتراسونیک مرطوب و فرز
• پراکنده مافوق صوت از نانو ذرات
• التراسونیک نانو امولسیون
• استخراج سونوگرافی
• فروپاشی التراسونیک
• اختلال سلول مافوق صوت و لیز
• اولتراسونیک degassing و de-aeration
• sono-chemistry (sono-synthesis, sono-catalysis)

چگونه قدرت سونوگرافی کار می کند؟ – اصل کار حفره صوتی

برای کاربرد مافوق صوت با کارایی بالا مانند همگن سازی، کاهش اندازه ذرات، فروپاشی یا نانو پاشش، با شدت بالا، سونوگرافی با فرکانس پایین توسط یک مبدل سونوگرافی تولید می شود و از طریق شاخ مافوق صوت و کاوشگر (sonotrode) به یک مایع منتقل می شود. سونوگرافی با قدرت بالا در محدوده 16-30kHz در نظر گرفته شده است. کاوشگر سونوگرافی گسترش می یابد و منقبض می شود به عنوان مانند، در ۲۰kHz، در نتیجه به ترتیب ۲۰٬۰۰۰ ارتعاش در ثانیه به محیط منتقل می شود. هنگامی که امواج مافوق صوت را از طریق مایع سفر, متناوب فشار بالا (فشرده سازی) / کم فشار (کمیاب / انبساط) چرخه ایجاد حفره دقیقه (حباب خلاء), که بیش از چندین چرخه فشار رشد. در طول فاز فشرده سازی مایع و حباب ها، فشار مثبت است، در حالی که فاز کمیاب کشش یک خلاء (فشار منفی) تولید می کند. در طول چرخه های فشرده سازی-انبساط، حفره های داخل مایع رشد می کنند تا زمانی که به اندازه ای برسند که در آن نمی توانند انرژی بیشتری را جذب کنند. در این مرحله، آنها با خشونت نفوذ می کنند. implosion از آن حفره نتایج در اثرات مختلف بسیار پر انرژی, که به عنوان پدیده حفره صوتی / مافوق صوت شناخته شده. حفره صوتی با اثرات بسیار پر انرژی چند برابر مشخص, که مایعات تاثیر, سیستم های جامد / مایع و همچنین سیستم های گاز / مایع. منطقه انرژی متراکم یا منطقه حفره ای به اصطلاح منطقه نقطه داغ شناخته می شود، که بیشتر انرژی متراکم در مجاورت نزدیک کاوشگر مافوق صوت است و با افزایش فاصله از sonotrode کاهش می یابد. ویژگی های اصلی حفره مافوق صوت عبارتند از محلی رخ می دهد درجه حرارت بسیار بالا و فشار و دیال مربوطه, اغتشاشات, و جریان مایع. در طول نفوذ حفره های مافوق صوت در نقاط داغ مافوق صوت، درجه حرارت تا 5000 کلوین، فشار تا 200 جو و جت مایع با تا 1000km/h را می توان اندازه گیری. این شرایط برجسته انرژی شدید به اثرات سونومکانیکی و سونوشیمیایی کمک می کند که فرایندها و واکنش های شیمیایی را به روش های مختلف تشدید می کند.
تاثیر اصلی امواج فراصوت بر مایعات و دوغاب ها موارد زیر است:

• بلند-بري: نیروهای مافوق صوت با درشت بالا مایعات را مختل می کنند و سیستم های جامد مایع باعث بی قراری شدید، همگن سازی و انتقال جرم می شوند.
• تاثیر: جت مایع و جریان تولید شده توسط حفره مافوق صوت شتاب مواد جامد در مایعات, که منجر پس از آن به برخورد بین حزبی. هنگامی که ذرات با سرعت های بسیار بالا با هم برخورد می کنند، فرسایش می دهند، خرد می شوند و آسیاب می شوند و ریز پراکنده می شوند که اغلب تا اندازه نانو پایین می آید. برای ماده زیستی مانند مواد گیاهی، جت های مایع با سرعت بالا و چرخه های فشار متناوب دیواره های سلولی را مختل می کنند و مواد داخل سلولی را آزاد می کنند. این امر منجر به استخراج بسیار کارآمد ترکیبات زیست فعال و مخلوط شدن همگن ماده زیستی می شود.
• تحریک: امواج فراصوت باعث اغتشاش شدید، نیروهای براری و حرکت میکرو در مایع یا دوغاب می شود. در نتیجه فراصوت همواره انتقال جرم را تشدید می کند و در نتیجه واکنش ها و فرایندها را تسریع می کند.

هموژنیزرهای مافوق صوت و میکسرهای با برشت بالا تقریباً در هر صنعت پردازشی استفاده می شوند، که با مایعات یا دوغاب ها کار می کند. نیروهای حفره ای مافوق صوت شدید ایجاد بی قراری شدید, برشی, شکستن ذرات و انتقال جرم. در نتیجه مایعات همگن می شوند، پراکنده می شوند، تقلید می شوند، استخراج می شوند، حل می شوند و/یا واکنش های شیمیایی آغاز می شوند. به طور کلی، فراصوت یک روش تشدید فرایند است که عملکرد را افزایش می دهد، نرخ تبدیل را بهبود می بخشد و باعث می شود فرایندها کارآمدتر است.
برنامه های کاربردی مافوق صوت مشترک در صنعت در سراسر بسیاری از شاخه های مواد غذایی گسترش & pharma, fine-chemistry, energy & پتروشیمی، بازیافت، بیورفینری و غیره و شامل موارد زیر است:

• سنتز بیودیزل مافوق صوت
• همگن سازی مافوق صوت از آب میوه
• تولید مافوق صوت واکسن
• اولتراسونیک لیت یون بازیافت باتری
• سنتز مافوق صوت از مواد نانو
• التراسونیک فرمولاسیون داروها
• نانو اولسیفیکاسیون مافوق صوت CBD
• استخراج مافوق صوت گیاه شناسی
• آماده سازی نمونه مافوق صوت در آزمایشگاه ها
• گاز زدایی مافوق صوت از مایعات
• گوگرد مافوق صوت خام
• و بسیاری دیگر ...

شاخ مافوق صوت و پروب برای برنامه های کاربردی با عملکرد بالا

Hielscher Ultrasonics طولانی مدت تجربه تولید کننده و توزیع کننده امواج فراصوت با قدرت بالا، که در سراسر جهان برای برنامه های کاربردی سنگین در بسیاری از صنایع استفاده می شود.
با پردازنده های مافوق صوت در تمام اندازه ها از 50 وات به 16kW در هر دستگاه, پروب در اندازه ها و اشکال مختلف, راکتورهای مافوق صوت با حجم های مختلف و هندسه, Hielscher مافوق صوت تا به تجهیزات مناسب برای پیکربندی راه اندازی مافوق صوت ایده آل برای برنامه شما.
جدول زیر به شما می دهد که نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی ultrasonicators ما: