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温度对超声波换能器性能的影响

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发表时间:2018-10-27 18:43网址:https://www.chaoshengbohanjieji.com/h-nd-536.html

  我们都知道超声波换能器的主要参数有:谐振频率、反谐振频率、谐振阻抗、反谐振阻抗、输出幅值、静态电容等。

  在平时使用换能器的时候,除了超声波换能器有自身损耗的影响外,很可能使用场合出现在室内或室外,换能器工作的环境温度不定,造成了换能器的性能也是不定。下面就温度对超声波换能器的影响说一说:

1、   温度对超声波换能器谐振频率的影响。

根据上文可知换能器的最佳工作频率为其频率 f 的大小与换能器的厚度t、压电陶瓷的密度ρ以及恒电位移的弹性常数 分量有关。对于压电陶瓷频率与温度关系通常用频率温度稳定性来表示,其公式如下:

式中 t——压电陶瓷振子厚度;

ρ——表示压电陶瓷材料密度;

——表示压电陶瓷材料恒电位移弹性常数 分量;

对于压电陶瓷来说,由于线膨胀系数与密度温度系数的系

数都为负值,所以当工作温度升高时,换能器谐振频率会下降。因此换能器的频

率随温度变化主要是由于弹性常数随温度变化导致的,而线膨胀引起的换能器尺

寸变化对频率影响是次要的。

2、温度对超声波换能器的静态电容的影响。

换能器的静态电容为 其换能器静态电容

的大小与压电陶瓷的厚度t、直径a以及恒应变的介电常数分量有关。


式中。由于压电换能器刚性受夹,所以振子直径的温度系数几乎不变,而振子的线膨胀系数比介电常数分量的温度系数小很多。因此静态电容与温度的关系至于压电材料的介电常数有关。随着工作温度升高,介电常数变大,因此换能器的静态电容增大。

2、   温度对超声波换能器谐振阻抗的影响。

  超声波换能器的谐振阻抗由于温度变化导致介电隔离率与弹性常数分量随着温度升高而增大,工作频率 f 随着温度增加而减小,静态电容随着温度升高而变大。因此换能器的阻抗Z 随着温度升高而减小。

  总之温度的变化将改变换能器的参数(温度升高,谐振频率降低,静态电容增大,阻抗减小),在设计使用到换能器时都将考虑到温度的影响,进行补偿。


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