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压电陶瓷换能器工作原理及存在的问题?

[发布时间:2015-10-30]

压电换能器工作原理:使用压电材料作为换能材料制成的换能器。在这种换能器中,对压电(换能)材料施加交变电场,它即产生交变的应变,并向周围的介质发射声波。反之,当压电材料受到声场中声压作用时,发生机械应变,由应变引起内部电极化的变化,在相应的电极上产生与应变成正比的电荷,并输出电压。压电换能器是目前医用超声换能器的主要类型,其中多使用压电陶瓷,由于陶瓷容易加工成所需要的形状,可改变其组分和工艺以满足各种用途的高性能要求,因此使用很普遍;极化的压电陶瓷在周期周期信号激励下,产生伸缩振动;当对这种陶瓷片施加压力或拉力,它的两端会产生极性相反的电荷,通过回路而形成电流。这种效应称为压电效应。如果把用这种压电陶瓷做成的换能器放在水中,那么在声波的作用下,在其两端便会感应出电荷来,这就是声波接收器。而且,压电效应是可逆的,假如在压电陶瓷片上施加一个交变电场,陶瓷片就会时而变薄时而变厚,同时产生振动,发射声波。这样超声波发射器的问题也就解决了。

 


压电陶瓷换能器在工作中晶片极易发生破裂、极片易断、接线易脱焊的机理类型(这些都是行业中一直存在的通病),究其发生上述故障的原因,除了换能器的本身质量外,主要因为功率发生器没有能很好跟踪换能器在工作中由于受水位、温度、工件大小的变化而影响其频率的变化,二者之间处于失谐状态的结果。在这点上频率的自动跟踪显得尤为重要。另一个不被人们所忽视的原因,则是缸内多个换能器在工作时产生的各不相同频率的反峰电压,没有被有效抑制所产生的后果。

 


另外超声波发生器输出给换能器的高频电压高低也是个重要参数,但是不能认为“不同电路的超声波发生器,其输出电路、电压的不同足导致传播效率的重要原因”“输出电压低,发生器消耗的电能就大,同时振子还容易发热,产生的感应电场强,适当的调整电路,增大输出给振子的电压可能会取得很好的效果”。

 


我们认为这种提法有待商榷、探讨,发生器输出给换能器的电压高低足影响效率的一个重要原因,但它不是个固定不变的参数,要根据换能器频率的高低和换能器的多少(功率)作相应调整,换能器频率高则电压相应要低,而换能器频率低,同样电压应相应提高。此外,振子发热的主要因素一是发生器的频率和振子的实际谐振频率处于失谐状态,二是发生器的输出阻抗和负载振子的整体阻抗不相匹配。如果满足了上述两个条件,就是说频率既不失谐,阻抗又相匹配,那才是效率最好,温升最低的状态。如果单纯增大输出电压倒有可能增大了功耗而引起振子发热。 可喜的是恒功率超声波清洗机通过近几年的不懈努力,所创新的“全频、实时”自动跟踪电路和非一般性的工艺处理,成功的解决了这些问题。有多台加温机型在外资企业已安全无故障地运行了近三年之久。可以说恒功率超声波清洗机给整个行业带来了一片春意。

 


以上是经验之谈,其中专业技术需要懂电子技术的人士才能理解,而在这个行业有多年经验的认识也才能明白,不管怎样发展,超声波技术的核心超声波发生器的技术的提高才能推动整个行业的发展,因此,不管地域的却别有多大,行业之间都要有良好的技术沟通,共同发展,共同进步,共同促进超声波行业的进步。

 

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