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Princípio de detecção de falhas ultrassônicas e teste e design de sensores


Transdutores, buzinas e capas de som ultrassônicos são dispositivos que convertem a energia elétrica em vibração. Para entender o princípio da operação, comparações podem ser feitas entre máquinas de solda ultrassônica e automóveis.

 

O sensor realiza a conversão de energia (como motor), o transformador ajusta a relação entre força e velocidade (por exemplo, caixa de câmbio) e, finalmente, as guias de buzina ultrassônica / ultra-sônica e aplica essa energia para completar o trabalho necessário (como uma roda).

 

Em um automóvel, todos os componentes do sistema mecânico devem ser bem projetados e harmonicamente projetados para maximizar a eficiência da transferência de energia. O mesmo vale para os sistemas de ultra-som, mas, neste caso, o parâmetro chave para a eficiência é a frequência dos componentes que deve ser o mais próximo possível (por exemplo, 20 kHz +/- 50 Hz).


Ultrasonic welding and automotive mechanical systems.gif

Soldagem ultra-sônica e sistemas mecânicos automotivos


operativo

 

O sensor possui duas freqüências de operação e pode ser facilmente identificado em sua curva de impedância elétrica. A impedância máxima corresponde à frequência anti-ressonante (velocidade máxima). Sistemas de soldagem ultra-sônica trabalham em frequências anti-ressonantes. A impedância mínima corresponde à frequência de ressonância (força máxima). O sistema de limpeza ultrassônica opera em uma freqüência de ressonância.



Ultrasonic Sensor's impedance curve vs. frequency.gif

Curva de impedância do sensor ultrassônico vs. freqüência

Lower the length of the ultrasound electrode- horn to increase the frequency.gif

Abaixe o comprimento do eletrodo de ultra-som / buzina para aumentar a freqüência

Máquina de solda ultra-sônica / molde (fábrica):

 

Reduza a freqüência de ultra-som / alto-falantes:


Steps to reduce the frequency of ultrasound speakers.gif

Etapas para reduzir a freqüência de ultra-som / alto-falantes

Teste do sensor

 

Para um funcionamento adequado, a frequência e a impedância do sensor devem estar dentro da tolerância. Por exemplo, para um sistema de soldagem, a freqüência deve ser 2,5% maior que a freqüência nominal de ajuste acústico com uma tolerância de +/- 0,25%.

 

Os fatores decisivos para frequência e impedância são a precisão dimensional da peça, o aperto da aplicação, a qualidade da cerâmica e a afinação (semelhante ao caso da propagação ultrassônica).


Using TRZ Analyzer to Determine Transducer Frequency and Impedance.jpg

Usando o Analisador TRZ para Determinar a Frequência e a Impedância do Transdutor


Teste acústico

 

A frequência e a impedância do grupo acústico devem estar dentro de um intervalo aceitável. Nos sistemas de soldagem, a tolerância da frequência é de ± 0,25%, por exemplo, 20kHz ± 50Hz.

 

O desempenho depende do ajuste de frequência e da consistência entre os componentes. Isto pode acontecer quando se combinam sensores e conversores (um de baixa frequência e outro de alta frequência), mesmo quando operando na frequência correta. Este tipo de problema é detectado medindo a impedância.

 

Os fatores decisivos para frequência e impedância são a precisão dimensional da peça, o aperto da aplicação, a qualidade da cerâmica e a afinação (semelhante ao caso da propagação ultrassônica).


Ultrasonic welding acoustic vibration amplitude.gif

Amplitude de vibração acústica de soldadura ultra-sônica


Teste cerâmico piezoelétrico

Cerâmicas piezoelétricas são núcleos sensores e componentes-chave. Para aplicações de energia, os tipos PZT-8 e PZT-4 são comumente usados.

Antes da remontagem, o microfissuramento da cerâmica deve ser comprovado. Com o software TRZ, as rachaduras podem ser facilmente detectadas por picos anômalos na curva de impedância elétrica.


Testing Piezoelectric Ceramics with TRZ Softwar.gif

Teste de Cerâmica Piezoelétrica com o Software TRZ


Manutenção preditiva

 

Com a manutenção preditiva, os problemas no sistema de ultra-som podem ser facilmente evitados. Em geral, o desvio de frequência representa o desgaste e a impedância representa problemas de acoplamento. Esses problemas são resolvidos refazendo e polindo a interface.


Predictive maintenance of systems using TRZ for cutting and welding.jpg


Manutenção preditiva de sistemas usando TRZ para corte e soldagem

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