超声波流量计主机与探头原理探讨  十三

超声波流量计换能器是一个超声频电子振荡器，当把振荡器产生的超声频电压加到超声换能器的压电晶体上时，压电晶体组件就在电场作用下产生纵运动。压电组件振荡时，仿佛是一个小活塞，其振幅很小，约为(1～10)m，但这种振动的加速度很大，约(10～10 3 ) g，这样就可以把电磁振荡能量转化为机械振动能量，若这种能量沿一定方向传播出去，就形成超声波。当在超声换能器的两电极施加脉冲信号时，压电晶片就会发生共振，并带动谐振子振动，并推动周围介质振动，从而产生超声波。相反，电极间未加电压，则当共振板接收到回波信号时，由逆压电效应，将压迫两压电晶片振动，从而将机械能转换为电信号，此时的传感器就成了超声波接收器。

通常压电型超声波换能器可以等效地看作一个电压源和一个电容器的串联电路，如图2-3（a）所示，也可以等效为一个电流源和一个电容器地并联电路，如果用导线将压电换能器和测量仪器连接时，则应考虑连接导线地等效电容、等效电阻、前置放大器地输入电阻、输入电容。图2-4 是压电换能器的完整等效电路（电流等效电路图）。

由等效电路来看，压电换能器的绝缘电阻Ra 与前置放大器的输入电阻Ri 相并联，为保证换能器和测试系统有一定的低频响应，就要求压电换能器的绝缘电阻应保持在10 13 Ω以上，这样才能使内部电荷泄漏减少到满足一般测试精度的要求；与此相适应，测试系统应有较大的时间常数，亦即前置放大器要有相当高的输入阻抗，否则换能器的信号电荷将通过输入电路泄漏，即产生测量误差。

超声波流量计