超聲波流量計(jì)探頭及換能器原理  二十六

根據(jù)F=Bil，機(jī)械系統(tǒng)振動(dòng)時(shí)獲得的有功功率可寫(xiě)成：Pm=i2（Rdm+Rds）=F2（Rm+Rs）/（Zm+Zr）2由于（Zm+Zr）隨機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)的頻率變化，故有功功率Pm是振動(dòng)頻率的函數(shù)，當(dāng)電源頻率與機(jī)械系統(tǒng)的諧振頻率一致時(shí)，機(jī)械感抗Xd將為零，此時(shí)可得到最大機(jī)械功率為Pm（max）=F2/（Rm+Rs）；諧振頻率是：ωo=1/[（Mm+Ms）Cm]½；發(fā)射聲功率是：P聲=F2Rs/（Rm+Rs）2；發(fā)射聲效率是：η聲=P聲/Pm（max）=Rs/（Rm+Rs）我們可以注意到，若是線圈重量增加，則會(huì)增加力阻抗Zm，從而降低諧振頻率。

根據(jù)發(fā)射聲功率公式，為了提高發(fā)射聲功率，從電磁學(xué)角度考慮，應(yīng)能產(chǎn)生足夠大的推動(dòng)力F，亦即需要有足夠大的磁感應(yīng)強(qiáng)度B和電流i，并且線圈繞線長(zhǎng)度l要盡可能長(zhǎng)，然而這三者又是互相制約的，因?yàn)槔@線長(zhǎng)度加大勢(shì)必導(dǎo)致Zo增加，從而限制了i的增加，并且增大線圈體積從而增大磁鐵間隙，又進(jìn)一步因空氣隙增大、磁阻增加而使磁感應(yīng)強(qiáng)度B減小。由此可見(jiàn)，電動(dòng)式發(fā)射換能器只能適用于較小功率的聲發(fā)射。對(duì)發(fā)射聲效率而言，在傳聲介質(zhì)一定時(shí)，其Rs也相對(duì)固定（與輻射面積相關(guān)），而機(jī)械阻Rm受機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)限制，不可能做得很小，因而其發(fā)射聲效率的提高也是有限的。此外，隨著振動(dòng)頻率的增加，機(jī)械振動(dòng)感抗也隨之增大，限制了其頻率的進(jìn)一步提高。

因此，就一般而言，只能從采用高導(dǎo)電材料、高磁導(dǎo)材料以及改進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)等方面著手盡可能地提高其性能。

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