Was ist ein Ultraschallgenerator?
Ultraschallwellen sind Luftschwingungen mit einer Frequenz von 20 Kilohertz oder mehr und sind für den Menschen nicht wahrnehmbare Töne.
Um solche Ultraschallwellen zu erzeugen, muss man ein Objekt mit einer hohen Frequenz in Schwingung versetzen und die Luft um das Objekt herum in Vibrationen versetzen. Häufig werden so genannte piezoelektrische Elemente (piezoelektrische Keramiken) verwendet.
Dies beruht auf der Eigenschaft (piezoelektrischer Effekt) eines piezoelektrischen Elements, dass es sich beim Anlegen einer Spannung je nach Polarität ausdehnt oder zusammenzieht.
Wenn eine Wechselspannung an Elektroden angelegt wird, die mit dem piezoelektrischen Element verbunden sind, schwingt das Element aufgrund des piezoelektrischen Effekts mit hoher Geschwindigkeit und kann Ultraschallwellen erzeugen.
Anwendungen von Ultraschallgeneratoren
Ultraschallgeneratoren werden in einem breiten Spektrum von Anwendungen eingesetzt, von alltäglichen Situationen bis hin zu industriellen Bereichen.
Ultraschallgeneratoren werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, von alltäglichen Situationen bis hin zu industriellen Bereichen.
Sie können z. B. in Flüssigkeiten mit flüssigen oder festen Partikeln eingesetzt werden, um Emulsionen zu erzeugen oder um Proben oder Pigmente vorzubereiten.
Im akademischen und industriellen Bereich wird häufig die Reinigung mechanischer und elektronischer Komponenten durch Ultraschallwellen eingesetzt. Damit können kleinste Verunreinigungen entfernt werden, die sich nicht durch einfaches Abwischen mit Chemikalien beseitigen lassen.
In vertrauten Situationen werden Ultraschallgeneratoren in Luftbefeuchtern eingesetzt, um die Flüssigkeit zu zerstäuben und einen Nebel zu erzeugen.
Funktionsweise von Ultraschallgeneratoren
Das in Ultraschallgeneratoren verwendete piezoelektrische Element ist ein keramisches Material aus Titanoxid, Bariumoxid und anderen Materialien, das bei hohen Temperaturen gebrannt und gehärtet wird.
Eine der Eigenschaften dieses Elements ist, dass bei äußerem Druck eine Spannung im Element erzeugt wird. Andererseits dehnt sich das Element aus und zieht sich zusammen, wenn eine Spannung angelegt wird.
Der Grund für die Erzeugung einer Spannung, wenn Druck auf einen Festkörper ausgeübt wird, liegt in der Verzerrung der Kristallstruktur des Festkörpers, wenn Druck auf ihn ausgeübt wird.
Im Festkörper sind positive und negative Ionen angeordnet, und äußere Kräfte verzerren die Position dieser Ionen, was zu einer Ladungsverschiebung im Festkörper führt.
Infolgedessen kommt es zu einer elektrischen Polarisierung, und es wird eine Spannung im Festkörper erzeugt.
Umgekehrt kann man sich vorstellen, dass eine Spannung angelegt wird und das elektrische Feld die Position der Ionen verschiebt, wodurch sich die Kristallstruktur und die Dicke des Festkörpers verändern.
Wenn an dieses piezoelektrische Element eine hochfrequente Wechselspannung angelegt wird, dehnt sich das Element mit hoher Geschwindigkeit aus und zieht sich zusammen, wodurch schnell Longitudinalwellen (Schall) erzeugt werden, die als Ultraschall abgestrahlt werden.