分析压电陶瓷换能器的工作原理

某些单晶材料的结构具有非对称特性，当这些材料在外加应力作用下发生应变时，其内部晶格结构（变形）的变化将破坏原来的电中性宏观状态，产生极化电场（电化），所产生的电场（电极化强度）与应变的大小成正比。这种现象被称为正压电效应，是1880年居里兄弟发现的。

随后，在1881年，人们进一步发现这种单晶材料也具有逆压电效应，即当正压电效应的材料受到外加电场的作用时，会有应力和应变产生，其应变与外电场的大小成正比。因压电换能器电声效率高、功率容量大以及结构和形状可以根据不同的应用分别进行设计，在功率超声领域应用广泛。

扩展资料：

压电换能器的主要特点是电声转换效率高，特别是接收灵敏度高，但其机械强度低（脆性大），因此在高功率应用中受到限制（不过目前的最新技术已能达到数百瓦到上千瓦的声辐射功率）。另外，一些单晶材料容易溶于水而失效（水解）。

压电换能器是不分正负极的。因为压电换能器是交流驱动的。但是，与清洗和焊接传感器一样，为了方便起见，与前后盖板连接的电极通常被视为负电极。用于检测的传感器，如果是金属外壳，通常将金属外壳与压电传感器连接，当屏蔽用，这个当负极。

参考资料来源：百度百科-压电式换能器

参考资料来源：百度百科-压电陶瓷换能器

Uson-21超声波液位计

超声波换能器的结构主要有外壳、声窗（匹配层）、压电陶瓷圆盘换能器、背衬、引出电缆、接收器等几大部分组成。其中，压电陶瓷圆盘换能器具有大多数换能器相同的作用，主要用于发射并接收超声波；超声波接收器在压电陶瓷圆盘换能器的上面，主要由引出电缆、换能器、金属圆环和橡胶垫圈组成，接收压电陶瓷圆盘换能器频带外产生的多普勒回拨信号。

二、超声波换能器的应用

超声波换能器具有十分广泛的应用，按应用的行业划分，可分为工业、农业、交通运输、生活、医疗及军事等；按实现的功能划分，可分为超声波加工、超声波清洗、超声波探测、检测、监测、遥测、遥控等；按工作环境划分，可分为液体、气体、生物体等；按性质划分，可分为功率超声波、检测超声波、超声波成像等

什么是超声波换能器？

超声波换能器是超声波清洗机中的关键部件。超声波换能器是一种产生高于人类听觉范围的声音的设备，通常从 20 kHz 开始，也称为超声波振动。

超声波换能器由有源元件、背板和辐射板组成。大多数超声波清洁器使用压电晶体作为活性元件。压电晶体通过压电效应将电能转换为超声波能量，其中晶体在接收电能时会改变大小和形状。

超声波换能器的背衬是一种厚材料，可吸收从压电晶体背面辐射的能量。

什么是超声波发生器？

电子超声波发生器是电源。它将来自电源（例如壁装插座）的交流电能转换为适合以超声波频率为换能器供电的电能。换言之，超声波发生器向换能器发送高压电脉冲。

超声波发生器的工作原理是向换能器发送电能脉冲，将能量转化为清洗液中的机械（压力）波，进行振动清洗动作。

虽然 40 kHz 的超声波频率是迄今为止最常用的超声波零件清洗频率，但某些应用确实需要更低或更高的频率才能获得最佳效果。例如，较大、严重污染的物品可能使用 20 kHz 的频率，因为这会产生更大、更强的清洁气泡，但每秒的气泡更少。另一方面，一些非常小的、精致的物品可能需要更高的超声波清洗频率，最高可达 200 kHz。通常，更高的频率允许更高级别的复杂细节被清理。

高质量的超声波清洗机与低质量的“现成”超声波清洗机有何不同？

让我们看看其中的一些牺牲：

压电晶体换能器的质量差异很大。由于晶体形成的性质，换能器将电能转换为机械/声能的能力会随着时间（通常为 3-6 年）自然衰减。廉价、低质量的换能器将比用高质量晶体制成的换能器衰减得快得多。这种退化或衰减将极大地改变超声波机器的清洁质量。廉价的超声波清洗机在新的时候似乎表现良好，但通常在短短 3-6 个月内就会出现清洁质量下降的现象。

超声波发生器可能由缺乏最终用户期望的寿命的电子元件制成。结合加速的压电换能器衰减，这些低质量的超声波发生器组件会随着时间的推移导致超声波零件清洁器性能的极端变化。这种清洁变化反过来会导致更多的报废和返工零件。这不仅代表了企业的主要成本问题，而且可能导致流程无法通过医疗设备、航空航天和其他领域的验证协议和规范。

低功率超声波换能器 可以显着降低超声波清洗机的成本，但这种牺牲也会降低清洗效果。超声波清洗机中的低功率换能器也会影响均匀空化溶液的能力。

水箱厚度很重要。随着时间的推移，对罐体频繁施加超声波能量会导致罐体腐蚀，并可能腐蚀罐体底部。超声波清洗槽腐蚀的迹象包括不锈钢的灰色外观和槽底部的凹坑。低质量的超声波清洗机使用更薄的不锈钢规格，可以在几个月内显示磨损。

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