超声波流量计探头及换能器原理  二十六

根据F=Bil，机械系统振动时获得的有功功率可写成：Pm=i2（Rdm+Rds）=F2（Rm+Rs）/（Zm+Zr）2由于（Zm+Zr）随机械振动系统的频率变化，故有功功率Pm是振动频率的函数，当电源频率与机械系统的谐振频率一致时，机械感抗Xd将为零，此时可得到最大机械功率为Pm（max）=F2/（Rm+Rs）；谐振频率是：ωo=1/[（Mm+Ms）Cm]½；发射声功率是：P声=F2Rs/（Rm+Rs）2；发射声效率是：η声=P声/Pm（max）=Rs/（Rm+Rs）我们可以注意到，若是线圈重量增加，则会增加力阻抗Zm，从而降低谐振频率。

根据发射声功率公式，为了提高发射声功率，从电磁学角度考虑，应能产生足够大的推动力F，亦即需要有足够大的磁感应强度B和电流i，并且线圈绕线长度l要尽可能长，然而这三者又是互相制约的，因为绕线长度加大势必导致Zo增加，从而限制了i的增加，并且增大线圈体积从而增大磁铁间隙，又进一步因空气隙增大、磁阻增加而使磁感应强度B减小。由此可见，电动式发射换能器只能适用于较小功率的声发射。对发射声效率而言，在传声介质一定时，其Rs也相对固定（与辐射面积相关），而机械阻Rm受机械振动系统的结构限制，不可能做得很小，因而其发射声效率的提高也是有限的。此外，随着振动频率的增加，机械振动感抗也随之增大，限制了其频率的进一步提高。

因此，就一般而言，只能从采用高导电材料、高磁导材料以及改进机械结构等方面着手尽可能地提高其性能。

超声波流量计