Ультразвуковой дезинтегратор - почему может не работать?

[APLe]

Здравствуйте! Я тут пытаюсь починить старенький ультразвуковой дезинтегратор, уже много лет стоящий на складе нашей лаборатории. Ведёт он себя довольно странно, и я не могу понять, в чём дело - может быть, у кого-нибудь будут идеи?





Итак, есть вот такой ящик фирмы MSE, 1973 г.в.:



Внутри у него находится блок питания и, собственно, дезинтегратор, вот такой (синие диски – самодельные прокладки, которые я напечатал на 3D принтере в ходе ремонта):
Блок Kerry Ultrasonics LTD, England, KS211, в мощном металлическом корпусе, жёстко прикручен болтами




Вид на дезинтегратор сверху:
Видны шесть проводов на керамических креплениях - два силовых генерирующих, два для снятия сигнала с датчика мощности и ещё два - на вентилятор.



Внутри дезинтегратора находится вот такой ультразвуковой модуль. На фотографии видно, сверху вниз:
- два генераторных диска, к которым подводится энергия по двум толстым проводам. В местах привинчивания проводов к модулю генераторные диски немного выкрошены, но трещин в них нет. Исходно это место было залито резинистым компаундом, я отковырял его, чтобы подтянуть винты.
- тонкий провод, идущий к датчику мощности, залитому компаундом.
- фланец модуля - обратите внимание, что он составляет единое целое с металлическим цилиндром, на который подаётся ультразвук.



Вот так выглядит осциллограмма, на входе ультразвукового модуля (1:10):
Две наложенных друг на друга почти ровных синусоиды, 23 кГц, около 50 и 80 вольт



А вот так - два варианта на выходе датчика мощности:
Колебания неправильной формы, но с постоянным периодом, 31 и 36 кГц. Частоты зависят от положения ручки регулятора частоты. Не уверен, что частота на входе и на выходе совпадает - к сожалению, я сжёг осциллограф, и перепроверить не могу.



Теперь о симптоматике:
Дезинтегратор включается и относительно тихо визжит и немного вибрирует. Но совсем слабо, даже алюминиевую фольгу не рвёт. Указатель мощности держится на нуле.
Но вот если отвинтить ультразвуковой модуль, так, чтобы он держался не на шести туго затянутых болтах, а на одном слегка наживлённом, и при этом стоял вертикально, не касаясь стенки дезинтегратора, то он выходит на полную мощность – стоять рядом без наушников невозможно, датчик мощности зашкаливает, фольгу рвёт в клочья. В таком режиме он работает, обычно, от секунды до десятка секунд, потом наживлённый болт вываливается из-за вибрации, модуль падает и возвращается к малой мощности.

Что сделано:
1. Проверил все контакты: прозвонил, пропаял, подтянул болты, обрезал конец подходящего к дезинтегратору кабеля и подпаял по новой.
2. Сравнил с другим дезинтегратором, маломощным, но работающим. У него ультразвуковой модуль не притянут болтами к мощному корпусу, а свободно лежит на виброгасящей прокладке.
3. Соответственно, предположил, что до попыток ремонта (проводившихся неизвестно кем десяток лет назад) ультразвуковой модуль дезинтегратора не был притянут к корпусу болтами – а между корпусом и болтами были гроверы или прокладки.
4. Попытался прокладывать гроверы по-разному. Напечатал на 3D принтере пару вариантов прокладок из полиуретана, прокладывал их с обеих сторон от модуля, или только с одной.
Никаких видимых изменений в работе прибора в ходе этих экспериментов не увидел.
5. Внутри нашёл взорвавшийся конденсатор на 1600В, 47 нФ. Заменил (на всякий случай, сразу два конденсатора) на К78-2.

Худо-бедно включился, проработал секунд двадцать, после чего мощность быстро упала до нуля.
Что ещё можно посмотреть? Внутри даже транзисторов нет, только трансформаторы, резисторы, конденсаторы и диоды. И один переменный резистор, который по показаниям мультиметра нормальный, но ни на что не влияет.

Потроха:


Подскажите, что еще попроверять?

[сэм]

Ультразвуковой модуль может крепиться к прокладке из резины - 1 вариант. Или к четко подогнанной по толщине стальному основанию (эффективность, амплитуда колебаний выше раза в 1,5)-2 вариант. Возможно кто-то удалил стальные прокладки, они должны быть отшлифованы и подобраны по толщине.

[APLe]

сэм, хм. Нет ни того, ни другого. Резинку я пробовал подкладывать, не помогает. А сейчас крепление прямое, выглядит вот так:

[сэм]

Керамика может иметь внутренние разрывы, при этом она может работать, но ХЗ как, нарушится согласование ,как с излучающей стороны ,так и с тыльной.

[APLe]

сэм, это вы о керамическом диске излучателя?
1. Это можно как-то проверить?
2. Это можно как-то исправить?

[сэм]

Снять АЧХ .Не лопнувшая керамика дает не много резонансов , лопнувшая даст больше . Но достоверный способ -сравнить с заведомо исправной. Исправить-никак.

[Дмитрий М]

Как это нет транзисторов? На Ваших же фото на алюминиевом радиаторе с обдувом стоят вроде SP822 или как-то так.

[musor]

конечно ка минимум полумост там должен быть биз 2-4 транзюкоф или пары генераторных ламп никак...

[Дмитрий М]

По описанию у него сам излучатель навернулся. Я в основном с мощными киловаттными магнитострикторными работал, лет тридцать назад. Были маломощные на пьезошайбах. Там без опыта трудно разобраться, надо хорошо понимать физику и механику. В пьезо ещё и поляризующее напряжение часто добавляли для работы в линейной области и попарно шайбы с медными прокладками стягивали. Стяжка там тоже точная, с динамометрическим ключём. Если слабо то нет мощи, если сильно то раздавить можно и тоже нет мощи. Ну и незаметные трещины и дефекты умом не понятные. Без второго рабочего я не стал бы возиться. Раз есть датчик то схема с АОС (акустической обратной связью), там надо и уровень и фазу подбирать кстати. И сам волновод (он тоже строго расчетный должен быть) может незаметно треснуть (усталостные трещины) и колебания будут срываться кстати.

[APLe]

сэм, осциллограммы в первом сообщении есть. Это "немного резонансов" или "много"? :- )

Дмитрий М, musor, ага, мне уже объяснили, что то, что я принял за диоды - на самом деле транзисторы. А спиральки, которые я принял за спайку двух ног в одну точку - предохранители, отключающие транзисторы при сгорании (один вот такой сгоревший есть).

Дмитрий М, у нас есть ещё один, рабочий, дезинтегратор, но другой модели, послабее и без обратной связи.
Его можно попробовать подключить к генератору вместо этого? Ничего не сломается?

[сэм]

1)От другой модели вряд ли подойдет, если частота и др . характеристики хотя бы немного отличается, там все точно -строго должно быть настроено.2) Осциллограммы-это не АЧХ.

[APLe]

сэм, а, имеется в виду "подключить на вход генератор и посмотреть, что будет на выходе"?
Увы, у меня из генераторов только "Мурзик" есть, у него амплитуда 3В. А тут сотня нужна, чтобы раскачать.

[musor]

АЧХ снимается на приборе подобном Х1-48 (с сответствующей частотной полосой)
на частотах ултразвука годен нч гкч рулимый выходом пилы с осла...

[APLe]

Дмитрий М писал(а):

Без второго рабочего я не стал бы возиться. По описанию у него сам излучатель навернулся. Я в основном с мощными киловаттными магнитострикторными работал, лет тридцать назад. Были маломощные на пьезошайбах. Там без опыта трудно разобраться, надо хорошо понимать физику и механику. В пьезо ещё и поляризующее напряжение часто добавляли для работы в линейной области и попарно шайбы с медными прокладками стягивали. Стяжка там тоже точная, с динамометрическим ключём. Если слабо то нет мощи, если сильно то раздавить можно и тоже нет мощи. Ну и незаметные трещины и дефекты умом не понятные. Раз есть датчик то схема с АОС (акустической обратной связью), там надо и уровень и фазу подбирать кстати. И сам волновод (он тоже строго расчетный должен быть) может незаметно треснуть (усталостные трещины) и колебания будут срываться кстати.

В общем, звучит так, что после январских праздников я отправлю его на помойку.

[Дмитрий М]

Как последний вариант на чипмейкере темку создайте. Там есть несколько людей что с УЗ мощным работают, возможно подскажут. Я вот только с элеткрикой работал, да ещё студентом был. И то часто бывало что вызовут, типа генератор навернулся, мощщи нет. А на самом деле то волновод треснул, то магнитостриктор распаялся от перегрева... Я при отладке генератор переводил в режим внешнего возбуждения, выкидывал петрю АОСа и просто с звукового генератора частоту перестраивал. На слух и на фольге (Вы знаете ) сразу видно где и на какой частоте резонанс системы, резонанс волновода и резонанс магнитостриктора. Вот совместить их это дело нелегкое... Можете и сами попробовать если у Вас есть генератор повышенной мощности типа Г3-109 или 123. Даже на нескольких ваттах это хорошо проявляется. АЧХ можно по осциллографу снять с катушки АОСа.

[сэм]

Для приближенного АЧХ нужно с выхода генератора подать на излучатель через шунт 1-10 ом (подобрать приемлемый по величине сигнала) . С шунта сигнал снимать или осц. или вольтметром, медленно меняя частоту в районе предполагаемого резонанса , ну и влево и вправо по характеристике. Может и с 3 вольт можно увидеть, дело в вольтметре и отсутствие помех. Раскачка излучателя не принципиальна. одновременно контролировать напругу на выходе генератора, чтобы не было наложения ачх генератора на ачх излучателя. Напруга конечно маловата, потому как R активное такого мощного излучателя тоже мало несколько десятков Ом в районе резонанса.