超聲波流量計主機與探頭原理探討  十三

超聲波流量計換能器是一個超聲頻電子振蕩器，當把振蕩器產(chǎn)生的超聲頻電壓加到超聲換能器的壓電晶體上時，壓電晶體組件就在電場作用下產(chǎn)生縱運動。壓電組件振蕩時，仿佛是一個小活塞，其振幅很小，約為(1～10)m，但這種振動的加速度很大，約(10～10 3 ) g，這樣就可以把電磁振蕩能量轉(zhuǎn)化為機械振動能量，若這種能量沿一定方向傳播出去，就形成超聲波。當在超聲換能器的兩電極施加脈沖信號時，壓電晶片就會發(fā)生共振，并帶動諧振子振動，并推動周圍介質(zhì)振動，從而產(chǎn)生超聲波。相反，電極間未加電壓，則當共振板接收到回波信號時，由逆壓電效應(yīng)，將壓迫兩壓電晶片振動，從而將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，此時的傳感器就成了超聲波接收器。

通常壓電型超聲波換能器可以等效地看作一個電壓源和一個電容器的串聯(lián)電路，如圖2-3（a）所示，也可以等效為一個電流源和一個電容器地并聯(lián)電路，如果用導(dǎo)線將壓電換能器和測量儀器連接時，則應(yīng)考慮連接導(dǎo)線地等效電容、等效電阻、前置放大器地輸入電阻、輸入電容。圖2-4 是壓電換能器的完整等效電路（電流等效電路圖）。

由等效電路來看，壓電換能器的絕緣電阻Ra 與前置放大器的輸入電阻Ri 相并聯(lián)，為保證換能器和測試系統(tǒng)有一定的低頻響應(yīng)，就要求壓電換能器的絕緣電阻應(yīng)保持在10 13 Ω以上，這樣才能使內(nèi)部電荷泄漏減少到滿足一般測試精度的要求；與此相適應(yīng)，測試系統(tǒng)應(yīng)有較大的時間常數(shù)，亦即前置放大器要有相當高的輸入阻抗，否則換能器的信號電荷將通過輸入電路泄漏，即產(chǎn)生測量誤差。

超聲波流量計