鲁思慧

    本文介绍新型高声强度高可靠超声波管道清洗机的组成与应用，并对作为超声波信号发生器的模块化高频大功率开关电源的设计方案作一分析。同时对高频大电流稳定性与可靠性监测用设备-新型高频大电流LED 数字面扳表的设计组成和工作原理及其特点作出分折。

    在石油、化工、冶金或制药某领域中的一个部门，其生产现场中会有大量的热交换器以及介质输送管，而金属管道内的除垢与防垢问题，一直是国内外众多产业部门多年来未能解决的难题。目前普遍采用的是化学药剂除垢、离子交换树脂防垢，高压水枪清洗等方法，但由于该类方法技术陈旧、因而成效不明显。近年来，虽然全也出现了用超声波清洗技术，但由于可靠性技术没有解决，故此类设备或装置不是故障维修率高就是寿命短实用性差，无法解决管道污垢的清洗问题。随着半导功率器件集成控制技术的发展，一种新型模块化的高声强度高可靠超声波管道清洗机已经闻世，正在各个领域被应用。为介绍此新型超声波管道清洗机，首先要对超声波除垢防垢机理作一说明。

超声波管道清洗原理——“空化效应” 的产生

    超声波清洗机是通过超声波发生器将高于频率为20KHz的震荡信号进行电功率放大后经超声波换能器（震头）的逆压电效应转换成高频机械振动能量通过清洗液体中的声幅射，使清洗液体分子振动并产生无数微小空穴和气泡。并沿超声波传播方向在负压区形成、生长，并在正压区迅速闭合而产生上千个大气压的瞬间高压而爆破，形成无数微观高压冲击波作用于管道璧的成垢杂质并将此粉碎。此即称之谓超声波清洗中的“空化效应”。超声波管道清洗机就是基于“空化效应”的原理工作的。从“空化效应” 可知空穴和气泡是在液体中施加高频（超声频率）、高强度的声波而产生的.由此可知任何超声波管道清洗机的组成都必须具备二个基本部件：高频高压大功率电信号的超声波发生器、以及能将电能转化为机械能（即压电逆效能）并经液体流通过的管道式高声强换能器。

高声强度超声波管道清洗机的组成与工作过程

    从图1(a)所示可以看出，高声强度超声波管道清洗机主要由高频高压大功率电信号的超声波发生器（或称信号源）、传输电缆、管道式高声强压电换能器组成，其换能器放置于管道内。图1(b)为高声强度超声波管道清洗机总体图，是由高频高压大功率开关电源和高声强压电换能器组成的高声强度超声波管道清洗机与模块式高频大电流监测表等三大块合成。

    而高声强度超声波管道清洗机工作过程是这样：当液体围绕换能器流过，超声波发生器产生高频（22—25KHz）高压（100—120V）大功率1000W的电功率信号，经电缆传输到换能器，由换能器实现电、机、声的转换并发出超声波。而超声波管道清洗机除垢防垢的作用，主要是利用超声波高声强场“空化效应”处理介质而获得，成垢物质在强声场“空化效应”作用下，其物理和化学性能发生一系列变化，导致成垢物脱落，并在这一强大的压力峰分散成细粉末状，形成松散而不易板洁的沉积物，悬浮于液体介质中。理论和实践测算，对1cm3液体加以频率为20KHz，功率为50W/cm2的超声波时，可发生空化的气泡数为5×104/s，其局部增压峰值数百甚至上千大气压。

其管道式压电换能器主要指标

*静态电容为(25℃)3--100nf；

*机械品质因素2-10；

*绝缘电阻1000MΩ；

*压电晶体耐压1200V；

*谐振频率22-25KHz；

*允许介质温度≤135℃

     实践证明，该换能器技术比较成熟其主要指标能得到保证，而要确保超声波管道清洗机性能的高可靠高声强其关键是高频高压大功率的超声波发生器。为什么这么说呢？

问题的提出

分立式高频高压大功率开关电源实用性差

    由于换能器需要的超声波发生器.均必须是高频高压大功率开关电源，虽然此类开关电源均是用单个集成电源控制芯片和MOSFET或IGBT大功率全桥式组成，但还是多个分立元器件的组合，连线间分布电容所形成的尖峰干扰时刻或特别在大负载开闭情况下会造成大功率管的信击穿或烧毁，故此类开关电源非但效率低，而且故障率高、难维护、寿命短、实用性差。为彻底改变此现状，最紧迫的是应用模块化的高频高压大功率开关电源。

电力电子技术的发展给“高可靠” 提供了条件

    在电力电子技术中，开关电源占有重要地位， 而现代电力电子技术的繁荣与开关电源（特别是高频开关电源）的发展紧密联系在一起，则高频化是现代电力电子技术焦点之一。

    但现代高频开关电源技术的进步得力于新理论、新技术、新器件、