超声波流量计探头及换能器原理  三十二

对于以极化系统形式工作的电磁式换能器，极化力（第一项）使振动膜片具有恒定偏移，而交变作用力（第二项）则使振动膜片以和线圈中通过的交变电流频率相同的角频率发生振动（这项是有功项），至于忽略不计的最后一项，则是因作用力与磁通（磁感应强度）不呈线性关系而产生的二次谐波畸变（失真），它只有在Φ∥»Φ∽（B∥»B∽）时才能忽略不计。就第二项来看，增大Φ∥（或B∥），就能以不太大的Φ∽而获得较大的交变（振动）作用力，也就是说能增大发射功率。

§3.2 电磁式发射换能器

电磁式发射换能器发射声波的工作过程是E→i→F→V

一.电路状态方程

在Φ=NiμoSo/2h中，变量有电流i和空气间隙h，假定交变电流i作圆频率为ω的简谐变化，则有：di/dt=jωi，式中j为虚数符号；再令衔铁振动速度V=dh/dt，极化电流Io，衔铁静止时的位置与电磁铁端面的距离为ho，并且衔铁只在平衡位置作微小振动，根据全导数法则，有：

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

（这里δ是偏微分符号）

若加在线圈两端的电压为U，根据法拉第定律有：

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，这时线圈的静态电阻抗；m=N2IoμoSo/2ho2=NΦ∥/ho，这是机电转换系数；Lo=N2μoSo/2ho，这时线圈的静态电感；Φ∥=NIoμoSo/2ho，这时线圈的极化磁通量。

因此，电磁式发射换能器的电路状态方程为：U=Zo·i-mV 或者 i=（U/Zo）+（m/Zo）V

超声波流量计