超聲波流量計探頭及換能器原理  三十二

對于以極化系統形式工作的電磁式換能器，極化力（第一項）使振動膜片具有恒定偏移，而交變作用力（第二項）則使振動膜片以和線圈中通過的交變電流頻率相同的角頻率發生振動（這項是有功項），至于忽略不計的最后一項，則是因作用力與磁通（磁感應強度）不呈線性關系而產生的二次諧波畸變（失真），它只有在Φ∥»Φ∽（B∥»B∽）時才能忽略不計。就第二項來看，增大Φ∥（或B∥），就能以不太大的Φ∽而獲得較大的交變（振動）作用力，也就是說能增大發射功率。

§3.2 電磁式發射換能器

電磁式發射換能器發射聲波的工作過程是E→i→F→V

一.電路狀態方程

在Φ=NiμoSo/2h中，變量有電流i和空氣間隙h，假定交變電流i作圓頻率為ω的簡諧變化，則有：di/dt=jωi，式中j為虛數符號；再令銜鐵振動速度V=dh/dt，極化電流Io，銜鐵靜止時的位置與電磁鐵端面的距離為ho，并且銜鐵只在平衡位置作微小振動，根據全導數法則，有：

dΦ/dt=（δΦ/δi）ho·（di/dt）+（δΦ/δh）Io·（dh/dt）=（NμoSo/2ho）·jωi-（NIoμoSo/2ho2）·V

（這里δ是偏微分符號）

若加在線圈兩端的電壓為U，根據法拉第定律有：

U=N（dΦ/dt）=jω（N2μoSo/2ho）·i-（N2IoμoSo/2ho2）·V=jωLo·i-（NΦ∥/ho）·V=Zo·i-mV式中：jωLo=Zo=jωN2μoSo/2ho，這時線圈的靜態電阻抗；m=N2IoμoSo/2ho2=NΦ∥/ho，這是機電轉換系數；Lo=N2μoSo/2ho，這時線圈的靜態電感；Φ∥=NIoμoSo/2ho，這時線圈的極化磁通量。

因此，電磁式發射換能器的電路狀態方程為：U=Zo·i-mV 或者 i=（U/Zo）+（m/Zo）V

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