超聲波加溼器原理是什麼?與振蕩又有什麼關聯

2021-01-15 科技晴

打開水箱蓋子,加入適量的純淨水,接通機器電源,打開控制開關,一股白色的水霧瞬間從機器上方噴射出來。沒錯,這就是我們家庭常用的超聲波加溼器。

超聲波加溼器

而在使用過程中有這麼幾個疑問:平常我們想要得到水霧的話,都是需要把水進行加熱蒸發得到。為什麼它能夠把加入的純淨水不經過加熱就能瞬間變為水霧噴射出來呢?這其中與這個聲波有什麼關聯,為什麼我們人耳又聽不到這個聲波?

超聲波的發現

真正對於超聲波的發現是在19世紀末20世紀初,然而人類第一次認識到超聲波卻是在17世紀。拉扎羅·斯帕拉捷(Lazzaro Spallanzani,1729—1799)是義大利的一個博物學家,他第一次認識到了超聲波。

他習慣在晚上步行,步行過程中他發現蝙蝠可以在黑暗中靈活的飛行,也不會碰到任何障礙物。他心生好奇,為什麼蝙蝠能夠在夜裡行動自如呢?於是抓了幾個蝙蝠進行實驗,第一次他把蝙蝠眼睛蒙住了,結果蝙蝠仍舊在黑暗中活動自如。

蝙蝠

第二次它不僅把蝙蝠眼睛蒙住,也把蝙蝠的鼻子蒙住,認為這樣蝙蝠就不能在夜裡行動自如了。結果呢,蝙蝠依舊在空中行動自如。

第三次他把蝙蝠眼睛、鼻子、耳朵同時都蒙住,發現蝙蝠在夜空中就不能夠行動自如了,在夜空中像無頭蒼蠅一樣。這個實驗得出結論就是蝙蝠靠著聲波進行辨識方向和障礙物,這個所謂聲波就是我們現在說的超聲波。那個時候並沒有這個定義,這是後來人們經過不斷的深入研究得來的。

超聲波加溼器原理

家用的超聲波加溼器一般是由儲水箱、電源、水位檢測電路、振蕩電路、霧量輸出控制電路、霧化片構成,這裡主要作用器件就是霧化片。要了解超聲波加溼器原理,也就是要了解霧化片的原理。

霧化片

這個霧化片一般是由壓電陶瓷做成,一般為圓形。什麼是壓電陶瓷呢?其實早在筆者介紹打火機原理文章裡就已經有了介紹,這裡簡要提一下,對認識超聲波加溼器工作原理有很大的作用。壓電陶瓷也就是壓電元件的一種,壓電元件有一個壓電效應,可分為正壓電效應和逆壓電效應。

正壓電效應表現為:用外力去擠壓壓電元件表面,壓電元件表面會由於形變產生電荷,表現出帶電。在這個過程中,機械能轉換為了電能。

正逆壓電效應

逆壓電效應表現為:給壓電元件兩端通上電,壓電元件會產生形變。如果通入為高頻電,壓電元件就會反覆形變,也就是振動了。在這個過程中,電能轉換為機械能。

而超聲波加溼器的霧化片就是利用了這個逆壓電效應,把電能轉換為了機械能。根據前面逆壓電效應介紹,通入高頻電壓就會使得霧化片(壓電元件)發出振蕩。而超聲波加溼器的振蕩電路產生的0.65MHZ的高頻電壓,又因為本身這個霧化片就是一個固有頻率1.7MHZ晶振,0.65MHZ高頻電壓通過藕合電容加在霧化片上。

霧化片受振蕩電路激勵後產生振蕩,這個振蕩信號又通過耦合電容反饋到振蕩管的基極,使振蕩電路諧振在1.7MHZ。在這個強烈的振蕩電能作用下,霧化片把這個電能轉換為機械能,從而把水打成5微米左右的微小漂浮顆粒。因為這個1.7MHZ超過了人的耳覺聽力,人耳能聽到的頻率在20 Hz~20 kHz之間,因此超聲波加溼器由此而得。

次聲、可聽聲、超聲

這裡大家看到什麼藕合電容、諧振什麼之類的,估計有點不太理解。其實說簡單的就是,它們的作用就是產生高頻電壓。只有高頻電壓加入到霧化片上,才能夠使得霧化片把水打散成水霧。因為低頻的話,霧化片表面振動比較緩慢,沒有足夠的能量把水打散成水霧。

霧化片使水變為水霧

我們可以把霧化片比作一個輪胎,高頻電壓頻率大小比作輸入氣體大小。只有輸入氣體很大(高頻電壓頻率高)輪胎就能夠迅速變得鼓起來。而如果輸入氣體小(電壓頻率低)輪胎鼓起來速度就會變慢。同理,輸入足夠高的高頻電壓,霧化片就能夠瞬間把水打散成5微米左右的微小漂浮顆粒。

超聲波加溼器使用注意什麼

超聲波加溼器雖然有利於家庭環境改善,但是錯誤的使用仍舊會導致影響人體健康。

1、不要直接加入自來水,使用純淨水。為什麼不能加入自來水呢?因為自來水中很多礦物質會影響加溼器,也會對空氣造成汙染。

超聲波加溼器

2、不要長時間使用加溼器。長時間使用加溼器,會導致空氣過度溼潤,使得家內一些東西受潮,甚至會出現部分牆皮脫落。

3、做到定期清潔。要定期對加溼器進行清潔,不然內部積累的各種細菌會隨著水霧一塊噴射出來,影響人體健康。

4、換水時必須切斷電源,定期清理霧化片水垢。切斷電源是為了安全,清理霧化片表面水垢是為了避免噴射出來對人體有損害。

超聲波還能幹什麼

1、超聲除油

將帶有油汙的製件放入特定的除油液中,並將除油液放置在一定頻率的超聲波場中,這樣就可以利用超聲波的強大力量強化除油質量、縮短除油時間、降低一些化學藥品消耗。

並且對於一些形狀比較複雜、精密的零器件來說,利用超聲波除油效果更好,所用時間比較短,也能避免零件的損傷。

2、醫學超聲波檢查

檢查儀器發射出超聲波,超聲波進入人體後,它會遇到一些界面。這些界面會超聲波發生折射和反射,一些器官也會吸收超聲波。不同的器官形態和結構不同,對於超聲波的吸收和反射自然不同。

醫生們正是通過儀器所反映出的波型、曲線,或影象的特徵來辨別它們。再根據他們自身所學的專業知識,就可以判斷出一個部位是否發生病變。

3、超聲波對酒的醇化—催陳技術

酒的主要控制因素是酸的形成,並進一步酯化,酯參與乙醇和水的締合。而剛出廠的酒中含有戍醇,表現為辛辣味。這個味道一般需要很長時間才能夠化解,這個過程叫做醇化。而如果把17.5-22KHZ的超聲波處理5-10min,就可以大大的縮短醇化時間,提高酒廠的生產效率。

這裡可以想像一下,如果沒有超聲波的處理,這個出廠酒需要很長一段時間醇化,不僅僅影響酒廠營收,也影響市場供應。

4、超聲波焊接

對於焊接大家聽說過電焊,可能很少聽說過超聲波焊接,而超聲波焊接出現在我們身邊很多東西上。例如手機充電器、充電寶、其它數碼產品,為什麼這些東西要用它焊接?我們可以發現現在手機充電器和充電寶密封性特別好,但是外殼都是塑料,兩個塑料殼後期是怎麼融合到一塊呢?

超聲波焊接

它利用的就是超聲波焊接,超聲波振動隨焊頭將超聲波傳導至焊件,由於兩焊件處聲阻大,因此產生局部高溫,使焊件交界面熔化。通過外界壓力作用,就可以把兩者融為一體,非常的美觀。

筆者結語

通過以上的介紹,大家對於超聲波加溼器原理以及使用注意都有了一定的了解。實際上人類對於超聲波的研究一直沒有停止,因為它的潛能非常大。

例如維吉尼亞理工大學加裡蘭研究所的科學家的一項新發現表明,將超聲波作用於人體腦部的特定部位,可以加強人體對於觸覺的分辨能力。這一發現帶來了一種調節人腦活動的非入侵式新方法,而且空間解析度超過現有任何方法。

超聲波手術刀

我們國家也開創了聚焦超聲手術,它相對於傳統的手術有著非常大的優勢,它可以實現不開刀、不留疤痕,在體外對體內進行手術。這一技術影響重大,因為傳統手術留下疤痕,對於患者影響很大,這項技術就可以解決這個問題。

超聲波對於未來人們發展起著至關重要的作用,它涉及領域非常廣泛,能給人類生活、工業加工、醫學醫療、美容等方面帶來很大的效果提升。而對於家中是否要配備超聲波加溼器,筆者覺得還是要根據的所需,也要控制好使用時間。

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