超声波清洗剂毕业论文

清洗液分离技术的研究刘祥来 QQ584680928所在院系：电子信息工程学系 机电051 指导老师：范剑红摘要介绍了国外清洗技术的发展情况及国内清洗机行业现状，指出了国内清洗技术与国外相比存在的差距和应重视的问题。利用PIC16C72单片机实现了对智能型电热水器的控制。其主要控制功能除了通常的控制加热和保护外，还具有较强的智能，包括根据用户设定的温度自动调节冷热水的混水比例，给出恒定温度等。同时介绍了系统的结构、硬件和软件设计。介绍了产品的外观及电子电路设计，包括报警电路和延时电路等，PTC热敏电阻的介绍以及优势优点。关键词:智能型电热水器 单片机 清洗机 清洗机现状 智能型电热水器 单片机 报警电路 热敏电阻1绪论 课题背景及研究意义清洗行业是随着工业化和现代化的进程及社会生产的需要而产生和发展起来的。所有工业部门都有某种形式的清洗，只是不同的部门对清洗的重视、依赖程度及应用发展水平不同。工业清洗具有重要意义:恢复设备装置生产能力、保证生产连续高负荷运行的必要手段;对设备的清洗，可以有效地延长设备的使用寿命;对设备的清洗，有利于节能降耗、降低冷却水的用量;对设备的清洗，是降低安全事故发生的有效途径。概括起来有节能、降耗、节水、安全、稳产、提高产品质量、加快生产速度、延长设备使用寿命、降低环境污染以及外表美观和人类的卫生健康等目的。开展对“碳氢真空超声波清洗干燥系统”的开发，对于发展我国的环保事业是完全必要的。我国到处都在建设新的工厂和生产线．正在逐步成为“世界加工厂”．巨大的市场需求．为工业清洗设备制造商和专业清洗剂生产供应商提供了快速发展的良机．鉴于该产品的市场前景较好且有国家的大力支持，我觉的此项目投入能带来巨大的经济效益和社会效益，开展对工业清洗液分离技术的研究是非常有必要的。目前国内大部分的工厂都使用全自动清洗机，特别是使用日立全自动生化分析清洗机。由于该型仪器的检测速度很快。准确性又好。很受广大工厂的欢迎。但是该清清洗机价格昂贵，操作复杂。至于国内的清洗机，国内的清洗即清洗效果差或清洗机没用几天机器就被腐蚀，国内的清洗机跟国外的清洗机相比还是有一定的距离，为了降低成本。研究出一种能使用于自动加热分离清洗液的意义重大。 参考文献[27[28] 本课题旨在研究工业清洗液分离技术，主要工作内容有：(1)清洗剂冷却、加热蒸馏以及清洗剂自动循环回收系统的设计制作。(2)清洗剂内循环的过滤、沉淀、排渣、蒸馏、控温、补液以及工艺过程。导热油加热系统、冷却、液位/温度传感器、油水分离器、PLC自控系统、液位/温度/压力自控系统。(3)增加防爆措施。防止因仪器液体发生爆炸而误伤工作人员。(4)从清洗液的原料选择。。(5)研究目标：工业清洗液分离技术的研究。 本课题设计基本要求和一般过程(1)是在满足预期功能的前提下，性能好，效率高，成本低。安全可靠。操作简单。维修方便。(2)是确定加热器的工作原理，选择合适的机构。拟定设计方案；对加热器的各个工作机构进行能力计算，总体设计。(3)是如何提高系统安全。水箱不能直接进行加热。防止油水因直接加热导致爆炸，对水箱的材料也应该进行选择，电炉丝的功率也要进行适当的选择。选什么样的炉丝做材料等等(4)是对水箱容器大小的设计。以及混合液中含水量，含酒精量，含油量，含煤油量的测定，以及要计算加热多久刚好全部挥发出水，酒精，油，煤油，在这段时间内电炉丝产生多少热量。空气消耗了多少热量。以及水蒸气带走了多少热量等等。2加热器的选择 概 述电热丝加热器是电加热器中最早出现的最普遍的加热器 如实验室中使用的电炉，电烘箱，恒温培，电热套等民用方面的如面包烘烤炉，电吹风，电烙铁等这一类电加热器具有结构简单发热养箱温度控制方便的特点。工厂以及我们平常使用的含有电阻丝的电阻主要是PTC热敏电阻， PTC热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻，超过一定的温度(居里温度)时，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。 它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。电阻常常会因为电阻通电加热，产生的热量过多而烧坏电阻，因此选择电阻的时候应该考虑防止温度过高，本课题选用PTC热敏电阻作为发热元件。因为PTC热敏电阻除用作加热元件外还具有使温度保持在特定范围的功能，又起到开关作用，还可对电器起到过热保护作用。。 PTC热敏电阻电热丝加热器工作原理电加热器是依据电阻通电加热产生热量的原理，电热管通电后，依据焦耳定律Q=I2Rt，电热管产生热量，热量通过介质传递给水箱里的水从而使水变成水蒸或者使水中的温度到达了油的挥发点而挥发出油。PTC热敏电阻除用作加热元件外，同时还能起到“开关”的作用，兼有敏感元件、加热器和开关三种功能，称之为“热敏开关”， 如图1和2所示电流通过热敏电阻元件后电阻丝产生热量引起温度升高，即发热体的温度上升，当超过居里点温度后，电阻增加，从而限制电流增加，于是电流的下降导致元件温度降低，电阻值的减小又使电路电流增加，元件温度升高，周而复始，因此具有使温度保持在特定范围的功能，又起到开关作用．利用这种阻温特性做成加热源，作为加热元件应用的有暖风器、电烙铁、烘衣柜、空调等，还可对电器起到过热保护作用。PTC热敏电阻电热丝加热器发热原理：电热丝加热器发热是根据焦耳–楞次定律Q=I2Rt而发热温度在几百至一千多摄氏度之间，辐射（散失） 的热量Q1随温度的升高而增大 即：Q1=Q-Q2 = I2Rt-[Cm（T-T0）+C m（T1-T0）]公式中Q 是电能提供的总热量，Q2是电热丝及介质等的热容热量，C是电热丝比，C0是介质等的比热容。m是电热丝质量，m0 是介质等的质量，T0是室温，T是电热丝发热温度，T1是介质等的温度。刚通电时T随时间而升高，当电提供的能量与散失的能量达到动态平衡时，电热丝发热温度T就稳定不变。散失的能量达到动态平衡时，电热丝发热温度T就稳定不变。参考文献[29]图1 直接保护原理图图 图 2 间接保护原理图电热丝加热器的结构 电阻丝材料的选择加热器一般采用镍铬合金丝作为发热器，这是因为该类材料具有电阻率高且熔点温度较高的特点，为了使单位面积发出的热量高 温度更高 都将电热丝制成螺旋状盘绕在耐高温而绝缘陶瓷或云母介质上，电源引入一般用铁质螺丝螺母连接 如下图3和图4所示，其接点根据不同的加热器有二至十多个接点。电热丝加热器的结构 电阻丝材料的选择加热器一般采用镍铬合金丝作为发热器，这是因为该类材料具有电阻率高且熔点温度较高的特点，为了使单位面积发出的热量高 温度更高 都将电热丝制成螺旋状盘绕在耐高温而绝缘陶瓷或云母介质上，电源引入一般用铁质螺丝螺母连接 如下图3和图4所示，其接点根据不同的加热器有二至十多个接点。图3 螺旋状电热丝图4 铁质螺丝螺母连接图 加热管T系列该系列共有3种外形的加热管，可方便地在加热管插座上插拔，像插拔灯泡一样，见下图5。T系列加热管适用于不同的使用条件。图5 两种加热管的外形简图T1用于加热小口杯中的水，特点是管功率低。它的水平面投影为圆形，面积较小5 cm左右。因此可方便地深入口径与高度都口杯里。T2用于加热水位较深或者开水壶中的般的“热得快”加热管一样，成长条形，仅仅部设有卡槽，该槽的作用是将加热管固定在插座内，并使其与座中的金属片接触，以保电路的畅通。T3用于加热横截面积较大容量较大，但高的容器中的水。比如说一大盆水，用T1将耗费较多的时间，无法达到快速加热的目的，T2又无法保证加热管完全伸入液体中。因此，在T1的基础上，将它的直径放大5倍，深度也提高到20 cm。因此系统采用T3系列加热管 加热管插座用来连接加热管和温度探头，像灯泡插座，加热管插入后即被卡紧，同时和插座内的金属触点接触，供电电路导通;当需要更换加热管时，像更换灯泡一样方便。加热管插座上还有一个重要部件———温度探头。需要测温时，旋下该探头，测量回路导通，可以测量;不需测量时，将探头旋入插头内的凹槽里，断开测量回停止加热路，同时保护探头免受侵蚀。 温度探头主要由热敏电阻RT构成，为了保护热敏电阻，将它置于一保险盒内，该保险盒的作用是防止水侵入热敏电阻上的触点而将探头侵蚀。当选择不使用报警功能时，应将整个探头旋入加热管插座中的凹槽内。2 电加热管特点(1)性能稳定可靠。电加热管采用中等功率高密度设计，大大延长了电热管的寿命。不锈钢316以上材质制作，耐腐蚀、可清洗，使用寿命长。(2)维护工作量最小 水表面除污（泡沫）器去除漂浮在水面上的矿物杂质，最大限度的去除表面污垢，水箱内配有特制电磁阀，定时控制排水，可以彻底地去除沉淀的矿物质及杂质。(3)反复的热胀，冷缩使水箱水垢不断脱落。(4)更优化的结构设计，用常用工具就可以方便的进行检视和维修。(5)安全的电路设计：三级电路保护：短路、过电流、漏电保护使其免去用户的担心。(6)防干烧设计，当电热元件加热温度超过电热元件能承受的极限的时候，自动切断加热元件的电源，保护电热元件不被烧坏。(7)特殊的保温设计：以适用各种工作环境及最大限度的减小能量的损失。 三种控制方式(1)开关式控制：接受讯号即开（关），达到精确控制温度。(2)时间比例控制（PID）：根据实际工况变化，采用模糊逻辑的PID算法，自动修正参数，调节可变功率达到最佳温度节能状态。(3)比例控制：利用智能调控模块（SCR）切割相角输出功率，经控制器的精确计算输出控制信号，使功能输出与控制信号成线性对应。控制精度可达RH±1%之内。 设计重要参数以及性能曲线下面是一些在电加热计算中经常要用到的性能曲线，对我们的设计是很有帮助的。 阻-温特性（R-T）电阻-温度特性通常简称为阻温特性， 指在规定的电压下，PTC热敏电阻零功率电阻与电阻温度之间的依赖关系。零功率电阻，是指在某一温度下测量PTC热敏电阻值时，加在PTC热敏电阻上的功耗极低，低到因其功耗引起的PTC热敏电阻的阻值变化可以忽略不计。额定零功率电阻指环境温度25℃条件下测得的零功率电阻 。lgR(Ω)25 Tmin Tc T(℃)图6阻-温特性曲线Ik 在外加电压Vk时的动作电流Ir 外加电压Vmax时的残余电流Vmax 最大工作电压VN 额定电压VD 击穿电压 伏-安特性（V-I特性）电压-电流特性简称伏安特性，它展示了PTC热敏电阻在加电气负载达到热平衡的情况下，电压与电流的相互依赖关系。I(A)IkVk VN Vmax VD V图7 伏-安特性特性曲线Ik 在外加电压Vk时的动作电流Ir 外加电压Vmax时的残余电流Vmax 最大工作电压VN 额定电压VD 击穿电压PTC热敏电阻的伏安特性大致可分为三个区域：在0-Vk之间的区域称为线性区，此间的电压和电流的关系基本符合欧姆定律，不产生明显的非线性变化，也称不动作区。在Vk-Vmax之间的区域称为跃变区，此时由于PTC热敏电阻的自热升温，电阻值产生跃变，电流随着电压的上升而下降，所以此区也称动作区。在VD以上的区域称为击穿区，此时电流随着电压的上升而上升， PTC热敏电阻的阻值呈指数型下降，于是电压越高，电流越大，PTC热敏电阻的温度越高，阻值越低，很快导致PTC热敏电阻的热击穿。伏安特性是过载保护PTC热敏电阻的重要参考特性。 电流-时间特性（I-t特性）电流-时间特性是指PTC热敏电阻在施加电压的过程中，电流随时间变化的特性。开始加电瞬间的电流称为起始电流，达到热平衡时的电流称为残余电流。图8 电流-时间特性曲线一定环境温度下，给PTC热敏电阻加一个起始电流(保证是动作电流)， 通过PTC热敏电阻的电流降低到起始电流的50%时经历的时间就是动作时间。电流-时间特性是自动消磁PTC热敏电阻、延时启动PTC热敏电阻、过载保护PTC热敏电阻的重要参考特性。 参考文献[25][26] 与热效应有关的参数(1)耗散系数δ：电阻器中功率耗散的变化量与元件相应温度变化量之比称为耗散系数，其单位为 W/℃。耗散系数是表征电阻器与周围媒介进行热交换能力的一个参数， 也是PTC元器件应用中十分重要的参数之一。 在材料配方、工艺一定的前提下， PTC本身的居里温度、升阻比均基本不变， PTC器件的其它性能参数则由其结构、外壳及散热条件决定。耗散系数则是这些条件的综合表现。因此PTC元器件的动作时间、恢复特性等均与耗散系数有关。对于大功率发热件来讲，耗散系数就更重要，它直接影响到功率输出。当PTC热敏电阻器两端加上电压时，由于功耗。电阻体温度逐渐升高，同时向周围媒质散发热量直至电阻体的温度达到稳定，此时消耗的功率全部扩散到媒质中。电阻器的功耗变化量△P与电阻体的温度变化量△T之比就是耗散系数δ。耗散系数对于各种加热器件的结构设计十分重要， 只要在器件结构上略加修改便可使电参数大为提高，很多工程师却长期被困扰在PTC材料和配方的研究上，这是十分可惜的。(2)热时间常数ε：表征元件对周围环境温度反应的快慢，当系统中有温度传感器时，这个参数十分重要。热时间常数定义为：在零功率条件下，当环境温度突变时，电阻的温度变化了其始末温差的63。2%所需要的时间，用ε表示。(3)热容量C：使电阻器的温度每升高1℃所需要的热量，称为热容量，单位J/℃，C=εδ。(4)热传递条件：有温度差。热量：在热传递过程中，物体吸收或放出热的多少。热传递的方式：传导（热沿着物体传递）、对流（靠液体或气体的流动实现热传递）和辐射（高温物体直接向外发射出热）三种。(5)汽化：物质从液态变成气态的现象。方式：蒸发和沸腾，汽化要吸热。影响蒸发快慢因素：①液体温度，②液体表面积，③液体表面空气流动。蒸发有致冷作用。(6)比热容C：单位质量的某种物质，温度升高1℃时吸收的热量，叫做这种物质的比热容。 比热容是物质的特性之一，单位：焦／（千克℃） 常见物质中水的比热容最大。 C水＝4。2×103焦／（千克℃）物理含义：表示质量为1千克水温度升高1℃吸收热量为4。2×103焦。(7)热量计算：Q放＝cm⊿t降 Q吸＝cm⊿t升 。Q与c、m、⊿t成正比，c、m、⊿t之间成反比。(8)电功率的定义式：P=W/t 常用公式：P=UI W=Uit Q吸=cmΔT。 参考文献[21] 电加热器的设计计算 电加热器的热量设计步骤，一般按以下四步进行：(1)计算从初始温度加热至设定温度的所需要的功率以及所需要的时间。(2)计算维持介质温度不变的前提下，实际所需要的维持温度的功率。(3)设备及其空气散热损失的热量。(4)根据以上两种计算结果，选择加热器的型号和数量。总功率取以上二种功率的最大值并考虑1。2系数。 热量计算(1)初始加热所需要的功率KW = ( C1M1△T + C2M2△T )÷ 864/P + P/2 式中：C1C2分别为容器和介质的比热（Kcal/Kg℃）M1M2分别为容器和介质的质量（Kg）△T为所需温度和初始温度之差（℃）H为初始温度加热到设定温度所需要的时间（h）P最终温度下容器的热散量（Kw）(2)维持介质于恒温度所需要的功率KW=C2M3△T/864+P式中：M3每小时所增加的介质kg/h(3)维持介质于恒温度所需要的功率KW=C2M3△T/864+P式中：M3每小时所增加的介质kg/h(4)热敏电阻的物理特性用下列参数表示：电阻值、B值、①．电阻值：RT(KΩ)热敏电阻的阻值与温度成指数关系，可近似表示为：①其中：R2：绝对温度为T2(K)时的电阻(KΩ)R1：绝对温度为T1(K)时的电阻(KΩ)B：(T1-T2)温区内B值(K)图9 空气气水和蒸汽加热功率密度选择曲线（电加热管壳体为耐热10000C的不绣钢）②：B值(K)B值决定于热敏的电导激活能，是反映热敏电阻阻值随温度变化快慢的参数，表达式为：②其中：B：(T1-T2)温区内B值(K)R1：绝对温度为T1(K)时的电阻(kΩ)R2：绝对温度为T2(K)时的电阻(kΩ)(5)加热设备散热损失计算方法的理论分析根据传热学理论，热设备表面总的散热损失量Q可由下式计算Q=qpj•S(1)式中 S——设备总散热外表面积，m2qpj——总平均热流密度，W/m2因此，这里的根本问题就是如何获取总平均热流密度qpj的值。总平均热流密度的计算在理论上有热流测试法、导热传热法和对流传热法三种方法。A热流测试法：热流测试法指直接用热流计测出设备表面不同部位或不同温度区域的热流值，然后取平均值作为最终结果。由于实际工程中某些装置有许多无法用热流计测试的部位，而且测试得到的结果又有很大的片面性，所以该方法准确性不高，仅适于现场粗略估算时采用。因此本系统不采用它。B导热传热法导热传热计算方法是根据傅里叶导热定律，在已知内外壁温度及保温层热阻的情况下(设备钢壁热阻很小可忽略)计算出热流值的。其计算公式为③③ 式中 qi——局部热流密度，W/m2δi——该局部保温层的折算厚度，mλ——保温材料的导热系数，W/m•℃tm——水箱内壁温度，℃tbi——水箱外壁温度，℃这里，我们认为造成设备外表面温度场非均匀分布的原因是保温层受到损坏，导致热阻(λ/δi)减小。而一般情况下材料的导热系数是基本上恒定的，故理论上可认为热阻减小的原因是保温层受到损坏而减薄了。但是，实际上保温层并不是均匀减薄，而是局部的各种情形的损坏，这里仅以保温层的折算厚度来表示损坏的程度。δi值通过局部热流测试，然后利用式(2)反算得出。总平均热流密度为④⑤⑥即局部热流以局部面积Si加权的平均值。该方法由于需要通过局部热流测试反算δi，故其准确性也要受到很大影响。并且计算复杂本系统也不采用此方案C对流传热法对流传热法以设备外表面与环境空间的自然对流传热为理论基础，在已知设备外表面温度tbi、环境温度t0及气流速度V时，可由式(3)及下式计算出总平均热流qpj。⑦I式中 α——设备外表面与环境间的对流换热系数， W/m2对次系统水箱以及其他设备，由下列公式(4)⑧将式⑧代入式⑥整理后得到 ⑨通过红外热象测试，可以得到准确的设备外表面温度场分布结果，即tbi值，于是可以计算出总平均热流密度qpj的值。显然，计算的核心是求表面温度用面积加权的平均壁温。 参考文献[22] [24] 电加热器设计计算举例有一只封闭的容器，尺寸为宽500mm，长1200mm，高为600mm，容器重量150Kg。内装500mm高度的水，容器周围都有50mm的保温层，材料为硅酸盐。水需3小时内从15℃加热至70℃，然后并保持水箱内的水的温度保持15分钟不变。需要多大的功率才能满足所要的温度。 技术数据：1、水的比重：1000kg/m32、水的比热：1kcal/kg℃3、钢的比热：℃4、水在70℃时的表面损失4000W/m25、保温层损失（在70℃时）32W/m26、容器的面积：、保温层的面积：初始加热所需要的功率：容器内水的加热：C1M1△T = 1×（×××1000）×(70－15) = 16500 kcal容器自身的加热：C2M2△T = ×150×(70－15) = 990 kcal平均水表面热损失： × 4000W/m2 × 3h × 1/2 × 864/1000 = kcal平均保温层热损失： × 32W/m2 × 3h × 1/2 × 864/1000 = kcal(考虑20%的富裕量)初始加热需要的能量为：（16500 + 990 + + ）× = kcal/kg℃工作时需要的功率：加热补充的水所需要的热量：20kg/H × (70－15)×1kcal/kg℃ = 1100kcal水表面热损失： × 4000W/m2 × 1h × 864/1000 = kcal保温层热损失： × 32W/m2 × 1h × 864/1000 = kcal（考虑20%的富裕量）工作加热的能量为：（1100 + + ）× = kcal/kg℃工作加热的功率为： ÷864÷1 = kw初始加热的功率大于工作时需要的功率，加热器选择的功率至少要。最终选取的加热器功率为7kw。选取4根7KW的电加热管同时对加热水箱进行加热。 电加热器的构成电加热器的构成如下图10。 使用条件及维护方法(1)可使用污水，煤油水，汽油水质无特殊要求(2)环境温度>4℃，湿度≤90%RH。(3)水电到位，外壳保持接地。(4)建议定期清洗水箱。（半年为一周期）.(5)电加热器长时间不用，应按下排水按钮将水箱里的油水排放干净。

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超声波清洗是利用高压爆破的原理，从而达到清洗的目的。

超声波清洗工作是利用超声波在液体中的空化作用、加速作用及直进流作用对液体和污物直接、间接的作用，使污物层被分散、乳化、剥离而达到清洗目的。