超声波流量计探头及换能器原理  一二五

这些情况说明压电换能器的等效阻抗在随频率而变化，图中：｜Z｜为等效阻抗的绝对值，当信号频率等于fm时，换能器的阻抗最小，电流最大；而在频率fn时，换能器的阻抗最大而电流最小。因此，我们把fm称为最小阻抗频率（或最大导纳频率），把fn称为最大阻抗频率（或最小导纳频率）。

如果继续增大输入信号的频率，还会出现一系列的电流最大值与最小值，相应

地有fm2、fn2和fm3、fn3等频率（见图6.7）

由谐振理论可知，压电换能器在最小阻抗频率fm附近，存在一个使信号电压与电流同位相的频率，即是换能器的谐振频率fr。同样，在最大阻抗频率fn附近，也存在一个使信号电压与电流同位相的频率，称为换能器的反谐振频率fa。当换能器的机械损耗为零时有：fm=fr 和 fn=fa并且还有：fm2=fr2、fn2=fa2；fm3=fr3、fn3=fa3等等。这里fr为基频，而fr2、fr3⋯分别称为二次、三次⋯谐频。

不过，当换能器的机械损耗不等于零时，上述这些等式不成立（这是真实情况）。

由交流电路知识可知，图6.4所示的是LC电路，其阻抗随频率而变化。当用图6.4所示的LC电路代替图6.5中的压电换能器，可以发现在谐振频率附近，通过LC电路的电流、阻抗随频率变化的曲线与图6.6和图6.7所示的曲线完全相似。也就是说，在谐振频率附近，压电换能器的电气特性与LC电路完全相似，这样也可以得到压电换能器的等效电路为图6.4所示电路的结论。

超声波流量计