λ：波長（m） c ：洗淨液之音速（m / s ） f ：周波數（Hz）

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1 λ：波長（m） c ：洗淨液之音速（m / s ） f ：周波數（Hz）
波長=音速÷周波數；（ λ= c / f ） λ：波長（m） c ：洗淨液之音速（m / s ） f ：周波數（Hz） ※c=水之場合1500 m / s 例：40kHz的頻率，在水之場合求波長及駐波為何？ （mm / s）÷ 40000（Hz）= 37.5 （mm ）---波長 37.5 （mm ） ÷ 2 = 19 （mm ）左右---駐波（standing wave） 工件表面每間隔19mm的距離，即能彌補正波無法清潔的部份污物。超音波進行洗淨時，利用物理原理進行洗淨之方式有兩重要因素： 1.依空洞（穴） （cavitation）現象的原理進行洗淨方式，為低周波洗淨法。 2.依據超音波將水分子加速進行洗淨方式，為高周波洗淨法。

2 5.超音波洗淨機理 超音波（ultrasonic）洗淨機是應用超音波頻率高、波長短，使液體產生無數微小的半真空泡（cavitation），即為「空洞（穴）現象」 。因汽泡快速形成並迅速內爆，即產生強大沖擊機能；而對洗淨物之死角細縫等污垢，用其強大之剝離、穿透力、並配合洗劑使達成完全清洗之效果，隨著超聲頻率的提高，氣泡數量增加而爆破沖擊力減弱，因此，高頻超聲特別適用於小顆粒污垢的清洗而不破環其工件表面。 氣泡是在液體中施加 高頻（超音頻率）、 高強度的音波而產生 的。 空化泡的擴大以及爆裂（內爆） 分子 壓力擠爆

3 換能器（Transducer）和發生器（Generator） ：
超音波（ultrasonic）清洗系統最重要的部分是換能器。現存兩種換能器，一種是磁力換能器，由鎳或鎳合金製成；一種壓電換能器，由鋯鈦酸鉛（PZT）或其他陶瓷製成。 將壓電材料放入電壓變化的電場中時，會發生變形 ，就是所謂的“壓電效應” 。相對來說，磁力換能器是用會在變化的磁場中發生變形的材料製成的。影響換能器的因素為所產生“空洞（穴） （cavitation）效應”的強度。超音波和其它聲波一樣，即一種壓縮和膨脹交替的波（如圖）。如聲波夠強，液體在波的膨脹階段被推開，產生的氣泡在波壓縮階段，氣泡就在液體中瞬間爆裂或內爆，產生一種非常有效的沖擊力，特別適用於清洗。 此過程被稱空洞（穴） （cavitation）作用。 聲波的壓縮和膨脹

4 超音波洗淨機構如圖所示，有超音波的音壓效果與cavitation 效果，cavitation 效果分為氣泡振動所致的micro-agitation(微視攪拌)作用、氣泡破壞所致的微視化學、熱作用，由圖可知，這些作用最終因洗淨液中的化學反應促進與分散作用，除去附著洗淨物的污物。 氣泡壓力上昇 氣泡溫度上昇 生成微渦流 放射壓 cavitation 壓力 氣泡的振動 氣泡破壞 化學反應促進 分散作用 攪拌作用 微熱 作用 附著物的除去 氣泡式的振動

5 用高速照相機觀察污物被除去的情形，根據實驗結果，洗淨過程分為兩獨立部份..
第1是cavitation氣泡破裂時發生大音壓，此時的衝擊力使污物層從固體表面剝落，兩者間形成間隙， 第2過程是別的cavitation氣泡群侵入此間隙，依音壓的變化，氣泡反覆收縮膨脹，污物層剝離。可見超音波的存在可顯著促進所有溶解過程--包括用特別溶劑化學溶解污染層的洗淨法。所以超音波不只可洗淨，也可脫脂、除去氧化皮膜、除去助焊劑、銹等。 氣泡壓力上昇 氣泡溫度上昇 生成微渦流 放射壓 cavitation 壓力 氣泡的振動 氣泡破壞 化學反應促進 分散作用 攪拌作用 微熱 作用 附著物的除去 氣泡式的振動

6 一般超音波（ultrasonic）清洗系統都必須具備三個基本元件： a、盛放清洗液槽。 b、將電能轉化為機械能的換能器。
Energy conversion： 一般超音波（ultrasonic）清洗系統都必須具備三個基本元件： a、盛放清洗液槽。 b、將電能轉化為機械能的換能器。 c、產生高頻電信號的超音波發生器。 Transducer 25kHz 40kHz 400kHz Physical energy Power supply Electric energy

7 Power supply Electric energy Physical energy Transducer 25kHz 40kHz

8 Rayleigh計算cavitation氣泡消滅時的音壓達數千~數萬氣壓，No1- tingk、Neppiras報告為數百氣壓，有人測定2OkHz的水中音壓在振動子面中心附近為7~8大氣壓。此種超音波音壓和cavitation的機械性效果圖所示，可促進化學反應，增大洗淨效果。 cavitation在鋁表面引起的errosion(侵蝕)與液溫的關係如圖所示，浸蝕率大時，超音波洗淨也大，有使超音波洗淨效果成最大的最適液溫存在，此液溫的值因各洗淨液而異。 各種液體中A1 浸蝕隨溫度的變化

9 洗淨液中有超音波的駐波時，在其震動節(node)，液體粒子的運動小。在震動腹(loop)的運動大，所以超音波洗凈的效果也因節、腹而異。
l8kHz超音波震動節與震動腹適當的洗淨效果比較 上圖是洗淨的TV用真空管陰極，調查此種效果的差異。此時的污物是硬脂酸CH2(CH2)16COOH混合NAL潤滑油，再加C14放射性同位素。洗淨液用水溶性洗劑 – 0.1%的Tergitol NPX，縱軸的污染殘留率是以百分率表示洗淨後附著試料之潤滑油中放射能強度與洗淨前放射能強度之此。用超音波周波數l8kHz時，振動腹的洗淨能力明顯優於節部。所以，實際洗淨時，須設法防止發生駐波，為此，須調節液量或設計適當的洗淨槽形狀。

10 實驗結果，在黃銅銅開5個對稱的0.6mmØ孔(圖中參數為深度)，將工廠機械類 的污物混合放射性同位素P32和機械油，填入孔中。在三氯乙烯中，以手振搖洗淨與超音波洗淨時，以殘留污物的放射能強度表示洗淨效果，超音波周波數400kHz，使用鈦酸鋇振動子，振盪器輸出約70W ，在超音波的進行方向洗淨試料孔面。超音波（ultrasonic）洗淨法可在極短時間完全除去微細孔的污物。