工作頻率
超聲波流量計換能器的工作頻率選擇很重要,它不僅直接關系到換能器的頻率特性和方向特性,也影響到換能器的發射功率,效率,靈敏度等重要性能指標,換能器的工作頻率應該與整個超聲設備的工作頻率相一致。大多工作頻率選在換能器的機械共振頻率附近,因而換能器頻率一般換能器的共振頻率或附近。
機電轉換系數n和機電耦合系數K1
超聲波換能器的機電轉換系數,是指在機電轉換過程中轉換后的力學量(或電學量)與轉換前的電學量(或力學量)之比。
對于發射換能器:
對于接收換能器
超聲波換能器機械能和電磁能相互轉換過程,就是機電耦合過程。機電耦合系數定義為:
壓電無件的機械能與它的形狀和振動方式有關,因此不同形狀和振動方式所對應的機電耦合系數也不同。機電耦合系數為無量綱單位。
換能器的機械品質因素Qm
Qm是從電學中應用到機械振動系統中來的一個重要物理量,有三種重要定義式:
式中:WR為機械諧振頻率,m為等效質量,Rm為機械力阻。
式中:和表示衰減振動的兩次相鄰振幅值。
式中:
W1,W2為諧振頻率,WR左,右兩邊半功率點上的頻率值。W雙稱頻帶寬度。
由此可見,換能器機械品質因數QM與標稱帶寬 密切相關,即與機電耦合系數密切相關,而且 與所在介質的輻射阻,換能器結構,材料及損耗密切相關。
一個發射或接收聲波換能器,其尺寸和所在介質中的聲波波長可能相比擬時,它發射聲能是集中某些方向上的,即具有一定的
擴散角,其大小滿足
式中λ為超聲波波長(與頻率成反比),D為換能器直徑。
所以頻率越高,擴散角越小。但是,超聲波在傳播過程中,散射衰減系數分別與頻率的四次方和平方成正比。因此超聲波的頻率不能太高。
換能器的頻率特性
所謂頻率特性就是換能器的主要參數,功率,聲壓,阻抗和靈敏度等隨頻率變化的特性。超聲波換能器應用中在一定的帶寬內獲得平坦阻抗頻率特性有很重大意義。
換能器的阻抗特性
超聲波流量計換能器作為一個機電四端網絡,它具有一定的特性阻抗和傳輸常數。由于換能器在見客戶上要與發射機的末級回路和接收機的輸入電路匹配,所以在換能器設計 時計算出換能器的等效輸入電阻抗是十分重要的。
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