超聲波流量計探頭及換能器原理  六十五

換能器有效振動的機械效率為：ηm=Rs/（Rm+Rs）=n/（1+n） （令n=Rs/Rm）顯然，若負載阻抗小，使ηm變小，則能量被轉換成熱而損耗的量就大，換能器的發熱情況將趨于嚴重。因此，在設計磁致伸縮換能器時，必須考慮應用對象（負載）的情況以及在實際使用中要嚴格禁止空載運行（因為對于空氣的情況下是最小負載阻抗的狀態）。

此外，考慮到換能器輻射聲波時，負載對聲波有反射，從而使一部分能量被反射回來，因此引入負載的實際功率應當是：

PH1=PH{1-[（n-1）/（n+1）]2} 或者 PH1/PH=4n/（1+n）2=4RsRm/（Rm+Rs）2在實際應用中計算換能器單位面積上的輻射極限比聲功率時，可以使用下述實用公式：PH1’=0.063C2Zδm2Qx10-7（W/cm2）（這是對水輻射而言的）式中：C為聲速；δm為最大相對伸長；Z為材料聲阻抗；Q為材料的品質因素，并且有：Q=1.57Z/Rn’Rn’的數值與換能器材料的物理特性有關，特別是與薄片制造工藝和后續處理方法有關，而且還難以測量，在實際應用中可以通過測定諧振頻率和（-3dB）頻帶寬度來確定Q值并反過來確定Rn’例題：已知Fe30Co70材料制作的單腿換能器，其相對伸長δ=△h/h=（8～130）x10-6，聲阻抗Z=43.5x105g/cm2s，聲速C=5.3Km/s，求輻射極限比聲功率。

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