超声波流量计探头及换能器原理 五十五
当换能器处于空载时,存在换能器力阻抗Zmo,而在有负载时,还存在辐射阻抗ZmL,因此总的力阻抗Zm=Zmo+ZmL,因此在向换能器通入电流I时产生的磁致伸缩力为:F =α’I=ZmV=(Zmo+ZmL)V,此即该换能器的机械振动方程,表明在阻抗Zm上产生速度为V的振动。
根据电路状态方程 U=ZoI+α’V 和机械振动方程 F=(Zmo+ZmL)V,可以得到:U/I = Zo + (α’V/I)= Z = Zo + (α’)2/Zm (由α’I=ZmV 得到 I=ZmV/α’)这里:Zm = jωM + K/jω + Rmo + ZmL式中:Rmo-铁磁棒振动内耗;ZmL-辐射阻抗(负载阻抗);K/jω=Zmo对于棒形磁致伸缩换能器有:M=(1/2)ρAl 和 K=π2AC∥/2l式中:l-铁磁棒长度;A-铁磁棒截面积;C∥-沿磁场方向和伸缩方向的弹性模量因此:
U/I = Zo+(α’)2/Zm = Zo+[(α’2/jωM)-1 +(jωα’2/K)-1 +(α’2/Rmo)-1 +(α’2/ZmL)-1]-1由此可得到图4.10或4.11所示的机电等效类比图。
超声波流量计