超声波流量计探头及换能器原理 三十四

四.电磁式发射换能器的功率与效率

我们可以把 F=nU=(Zm+Zr)V 改写成：U=nV(Zm+Zr)/n2于是可以把图3.2中力学量一方反映到电学量一方中去，得到图3.3中（a）或（b）所示的等效电路图:

在图3.3中的各个量为：Zd=（Zm+Zr）/n2；Rd=（Rm+Rs）/n2；Ld=（Mm+Ms）/n2；Cd=n2Cm电磁式发射换能器的机械有功功率Pm应为电源消耗在机械等效阻抗Zd中Rd上的电能，即：

Pm=（nV）2Rd=[（nU）2/（Zm+Zr）2]（Rm+Rs）=[F2/（Zm+Zr）2]（Rm+Rs）里：nV=n2U/（Zm+Zr），F=nU由于机械阻抗Zm=Rm+jωMm+1/jωCm；声辐射阻抗Zr=Rs+jωMs，他们是工作频率ω的函数，故即便维持推动力F不变，机械有功功率仍将随工作频率ω变化，当工作频率为机械系统的谐振频率时，Pm将有最大值，即：

当ωo = [（Mm+Ms）Cm]-1/2 时，有Pm（max）= F2/（Rm+Rs）

此时的发射声功率为：Pm声=Pm（max）η声 =[F2/（Rm+Rs）2]Rs （η声=Pm声/Pm（max）=Rs/Rm+Rs）或者：Pm（max）= [（nU）2/Rs]η声 Pm声=[（nU）2/Rs]η声2考虑到 n=m/Zo =2B∥/jωNμo，可以看出，在Rm和Rs一定的情况下，增大极化磁场B∥对提高发射声功率是有益的。

从F=Φ2/μoSo=N2i2μoSo/4h2中，也可以看到So的增加和h的减少都是有限的，而增加匝数N与电流i的乘积则是有利的。

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