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技术文章  

超声波换能器的主要技术指标


发布日期:2020-09-24 点击:186次
工作频率
  超声波流量计能器的工作频率选择很重要,它不仅直接关系到换能器的频率特性和方向特性,也影响到换能器的发射功率,效率,灵敏度等重要性能指标,换能器的工作频率应该与整个超声设备的工作频率相一致。大多工作频率选在换能器的机械共振频率附近,因而换能器频率一般换能器的共振频率或附近。
机电转换系数n和机电耦合系数K1
  超声波换能器的机电转换系数,是指在机电转换过程中转换后的力学量(或电学量)与转换前的电学量(或力学量)之比。
  对于发射换能器:

  对于接收换能器

  超声波换能器机械能和电磁能相互转换过程,就是机电耦合过程。机电耦合系数定义为:

  压电无件的机械能与它的形状和振动方式有关,因此不同形状和振动方式所对应的机电耦合系数也不同。机电耦合系数为无量纲单位。
换能器的机械品质因素Qm
  Qm是从电学中应用到机械振动系统中来的一个重要物理量,有三种重要定义式:
  式中:WR为机械谐振频率,m为等效质量,Rm为机械力阻。

  式中:表示衰减振动的两次相邻振幅值。

  式中:
  W1,W2为谐振频率,WR左,右两边半功率点上的频率值。W双称频带宽度。
  由此可见,换能器机械品质因数QM与标称带宽 密切相关,即与机电耦合系数密切相关,而且 与所在介质的辐射阻,换能器结构,材料及损耗密切相关。
超声波流量计换能器的方向特性
  一个发射或接收声波换能器,其尺寸和所在介质中的声波波长可能相比拟时,它发射声能是集中某些方向上的,即具有一定的
扩散角,其大小满足

式中λ为超声波波长(与频率成反比),D为换能器直径。
  所以频率越高,扩散角越小。但是,超声波在传播过程中,散射衰减系数分别与频率的四次方和平方成正比。因此超声波的频率不能太高。
换能器的频率特性
  所谓频率特性就是换能器的主要参数,功率,声压,阻抗和灵敏度等随频率变化的特性。超声波换能器应用中在一定的带宽内获得平坦阻抗频率特性有很重大意义。
换能器的阻抗特性
  超声波流量计换能器作为一个机电四端网络,它具有一定的特性阻抗和传输常数。由于换能器在见客户上要与发射机的末级回路和接收机的输入电路匹配,所以在换能器设计 时计算出换能器的等效输入电阻抗是十分重要的。

 

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