压电陶瓷原理
1、压电陶瓷换能器的原理是：当对这种陶瓷片施加压力或拉力，它的两端会产生极性相反的电荷，通过回路而形成电流。这种效应称为压电效应。 2、如果把用这种压电陶瓷做成的换能器放在水中，那么在声波的作用下，在其两端便会感应出电荷来，这就是声波接收器。 3、而且，压电效应是可逆的，假如在压电陶瓷片上施加一个交变电场，陶瓷片就会时而变薄时而变厚，同时产生振动，发射声波。这样超声波发射器的问题也就解决了。
一、超声波换能器使用中的常见问题
超声波焊接有超声波金属焊接和超声波塑料焊接两大类。其中超声波塑料焊接技术已获得较为普遍的应用。它是利用换能器产生的超声振动, 通过上焊件把超声振动能量传送到焊区。由于焊区即两焊件交界处声阻大, 所以会产生局部高温使塑料熔化, 在接触压力的作用下完成焊接工作。超声塑料焊接可方便焊接其他焊接法无法焊接的部位。另外, 还节约了塑料制品昂贵的模具费, 缩短了加工时间, 提高了生产效率, 有经济、快速和可靠等特点。
常见的问题
1、超声波换能器的晶片开裂、无力、易过载、电极片打火、电极片开裂、发热严重、怪声、漏波、晶片错位等
出现这类情况大致由于以下3种原因导致的
第一、超声波发生器（超声波电源或超声波电箱）或模具（超声波焊头/焊头）及装配有问题。
解决办法：检查这些部件安装是否存在问题，如果还是找不到原因，可以联系我们在线技术人员帮你解答，排查并解决问题。
第二、换能器、增幅器有问题。
解决办法：这种情况发生的可能性比较小，但是也会发生，
第三、双方的产品都没有问题，电容量和频率不匹配。
这是最常见的情况，若输入匹配不好，则表现为换能器无力，焊不牢。会造成换能器会过载，导致晶片错位开裂，破碎，螺杆断，铝裂或烧电箱功率管等情况。不过现在超声波设备都安装了自动检测，和过载保护报警装置，能有效的防止设备损坏的可能性。
解决办法：必须配置同频率超声波发生器、换能器、焊头在一起使用。
2、换能器无力，焊不牢；重者换能器发热严重
如前所述 因为陶瓷片是绝缘体，你几乎可以理解为换能器是不通电的，它只是相当于一个电容器。要使换能器工作，实际上是通过驱动电路对它施加交流高电压，让换能器的电容充放电。压电陶瓷片在交变电场的作用下做同步伸缩变形，形成了整个换能器的纵向振动，从而带动变幅杆和模具振动。所以，若电容匹配不好，轻者是换能器无力，焊不牢；重者换能器发热严重，烧电极片、烧电源的大功率管。
解决办法：匹配好电容
3、换能器电极片（耳朵）振裂或烧掉
而且随着长时间连续工作，换能器的温度会升高，导致电容也会升高且变化量可能会超过 50% ，若不能将电容有效地匹配掉，就会造成回路中电流电压相位差很大，功率因素很低，虚功高。看看电流很大，但换能器没力，易发热，且电源的功率器件也容易发热损坏。一般换能器电极片（耳朵）振裂或烧掉很可能就是由此引起的。
解决办法：暂停使用，等到设备冷却后在开机工作，一般不是连续发震，超负荷工作的这种情况出现的比较少。
一、超声波换能器工作原理
超声波换能器又叫超声波振子，将超声波发生器输出的电能或者磁能转换成相同频率的机械振动，超声焊接机用的换能器，目前有两种，第一种是，磁致伸缩型换能器，第二种是压电陶瓷换能器。第一种由于效率低，性价比低，还需外加直流极化磁场，因此目前超声焊接机已经很少使用。
现在超声波焊接机设备大多采用的是第二种压电陶瓷换能器。由材料的压电效应将电信号转换为机械振动。医用超声换能器（超声探头）的工作原理大体是相同的，其内部通常都包含一个电的储能元件和一个机械振动系统。当换能器用作发射器时，从激励电源送来的电振荡信号将引起换能器中电储能元件中电场或磁场的变化，这种变化通过某种效应对换能器的机械振动系统产生一个推动力，使其进入振动状态，从而推动与换能器机械振动系统相接触的介质发生振动，向介质中辐射声波。接收声波的过程正好与此相反，外来声波作用在换能器的振动面上，从而使换能器的机械振动系统发生振动，借助某种物理效应，引起换能器储能元件中的电场或磁场发生相应的变化，从而引起换能器的电输出端产生一个相应于声信号的电压和电流。
对超声波清洗机原理由超声波发生器发出的高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械振荡而传播到介质－－清洗溶剂中，超声波在清洗液中疏密相间的向前辐射，使液体流动而产生数以万计的直径为50-500μm 的微小气泡，存在于液体中的微小气泡在声场的作用下振动。这些气泡在超声波纵向传播的负压区形成、生长，而在正压区，当声压达到一定值时，气泡迅速增大，然后突然闭合。并在气泡闭合时产生冲击波，在其周围产生上千个大气压，破坏不溶性污物而使他们分散于清洗液中，当团体粒子被油污裹着而黏附在清洗件表面时，油被乳化，固体粒子及脱离，从而达到清洗件净化的目的。在这种被称之为“空化”效应的过程中，气泡闭合可形成几百度的高温和超过1000个气压的瞬间高压，从而达到物件表面清洗净化的目的。 清洗介质：采用超声波清洗，一般有两类清洗剂即化学溶剂和水基清洗剂。清洗介质的化学作用可以加速超声波清洗效果，超声波清洗是物理作用，两种作用相结合，依对物件进行充分、彻底的清洗。
功率密度：超声波的功率密度越高，空化效果越强，速度越快，清洗效果越好，但对于精密的表面光洁度甚高的物件，采用长时间的高功率密度清洗会对物件表面产生空化、腐蚀。
超声频率：适用于工件粗、脏、初洗，频率高则超声波方向性强，适合于精细的物件清洗。
清洗高温：一般来说，超声波在50°C~60°C时的空化效果最好，清洗剂也不是温度越高，作用越显著，有可能会高温失效，通常超声波在超过85°C时，清洗效果已变差。所以实际应用超声波清洗时，采用50°C~70°C的工作温度。 电器工业方面超声波可以清洗机器零部件、继电器、开关、印刷电路板、电位器、真空管零件、半导体元件、硅片、电容器、照相机快门等；印刷板油墨、焊料、油质防腐剂、石蜡、磨料、染料；绣、氧化物、盐、手垢、尘土等。
玉石加工、钟表、光学、机械等精密工业
在玉石加工、钟表、光学、机械等精密工业方面超声波可以清洗仪器、仪表、钟表字盘、零部件；齿轮、弹簧、轴承、宝石、透镜、眼镜架、贵金属装饰品；涂料、喷漆、油脂、复合物、玻璃纤维有机性清洗液（三氯乙烯、氟溶液）；染料、塑料残留物。
汽车业：
在汽车业方面超声波可以清洗气门、点火栓、气化栓、燃料泵、蓄电池电极、活塞环、及其操纵盘零件、摩托车和汽车油箱；油、油脂、防腐剂、机械切屑、塑料残留物、研磨磨料、玻璃纤维、尘埃、石墨、焦油。
橡胶工业：
在橡胶工业方面超声波可以清洗手套、带、轮胎、外科医用橡胶手套；指纹、尘埃、染料、防腐剂、墨迹、塑料残留物、橡胶残渣。
奶酪、酿造业：
在奶酪、酿造业方面超声波可以清洗瓶子、盖、烹调器具、料理盘碟；食物残留物、指印、尘土、染料、蛋白、标签印刷上彩前的墨迹。
航空工业：
在航空工业方面超声波可以清洗燃料油过滤器、燃料仪器、仪器仪表、注入喷嘴、流量控制设备、机械控制设备用的零件、水力、水压系列产品氧化物、尘土、切屑、油类、油脂、磨粉、防腐剂；锈、碳、水垢。
印刷业：
在印刷业方面超声波可以清洗旋转机、金属板；墨迹、指纹、油、染料；公共事业、电力、煤气、新闻通讯路灯、燃料油表、电力计、灯泡、软片、电传机；墨迹、油、尘土、纱屑、锈、泥、接触海水的盐分。
原子能工业：
在原子能工业方面超声波可以清洗控制棒、燃料泵、铝管类、容器、玻璃、分析试料；放射能量粒子、尘埃、硅油、油脂。
医疗：
在医疗行业超声波可以清洗注射器、手术机械、吸量管、玻璃容器、食道镜、齿科机械、直肠镜、方向镜、显微镜用试料玻璃；血液、凝胶体、指纹、料理物残留物、蛋白（卵白）、混入血液中的污垢。
金融机关：
在金融机关超声波可以清洗图章、标签、号码机、高级陶瓷、银制品手垢、尘土、指纹、印泥、糊状物等。
机械工具：
超声波可以清洗的丝杆、喷嘴、齿轮、夹具、固定装置用附件、弹簧、气门、游标卡尺等工量具；磨料、铁屑、防锈剂、复合物、切削油、冷却油、研磨油、尘土、抛光蜡、氧化物。
电镀工业
电镀工艺对工件表面清洁度要求较高，替代溶剂清洗油污；替代电解除油；替代强酸浸蚀去除碳钢及低合金钢表面的铁锈及氧化皮。超声波清洗技术的应用，可以使许多传统的清洗工艺得到简化，并大大提高清洗质量和生产效率。特别是对那些形状较为复杂、边角要求较高的工件更具有优越性。利用超声波清洗技术，还可以在很大的范围内替代强酸、强碱的作用，大大减少对和环境的污染，并改善工人的劳动环境，降低劳动强度，对保护生态环境，作出贡献。
这是一个分离元件的超声雾化器原理图。包括三个主要部分：电源（AC-DC）部分、水位检测与保护部分、超声振荡与换能部分。
如果采用12V或者24V直流电源供电，第一个部分可以不用看。
水位检测与保护部分的工作原理：
水位高于探针A和B时，AB之间呈现一定的电阻，BG3导通，BG2也导通，BG2射极输出4V左右的电压，经R3和L3送到BG1基极，为BG1提供并偏置，BG1及外围元件构成的振荡电路工作。若水位低于探针A和B时，AB之间呈现很高的电阻，BG3截止，BG2也截止，BG1因无偏置而停振。从而防止换能器因缺水而损坏。如果不需要保护电路，只需要将R3接Vcc，并合理选择其阻值。
振荡与换能部分工作原理：
电路中的振荡器是一种由高频压电陶瓷片TD(超声换能器)组成的工作振荡器，其振荡频率为165MHz(决定于选定的TD)。晶体三极管BG1和电容器C1、C2等构成电容三点式振荡器电路。
C1和电感L1等效并联的谐振频率比工作频率低，其作用是决定工作振荡器的振荡幅度；C2 和电感L2等效串联的谐振频率比工作频率高，其作用是决定工作振荡器的反馈量，以保证振荡器起振和维持电路的可靠振荡。压电陶瓷片TD具有很大的等效电感，它除决定电路的工作频率外，同时又是雾化器的工作负载。
若更换压电陶瓷片TD，无需调整电路其他参数，其振荡器频率也能自动跟踪新的压电陶瓷片的频率而工作。
1、超声波换能器组成：超声波换能器由外壳、匹配层、压电陶瓷圆盘换能器、背衬、引出电缆和Cymbal阵列接收器组成。压电陶瓷圆盘换能器采用厚度方向极化的PZT-5压电材料制成，Cymbal阵列接收器由8～16只Cymbal换能器、两个金属圆环和橡胶垫圈组成。
2、超声波换能器工作原理：超声波传感器是利用超声波的特性研制而成 的传感器。超声波是一种振动频 率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够 成为射线而定向传播等特点。
扩展资料：
超声波换能器的应用：
超声波换能器应用 超声波换能器的应用十分广泛,它按应用的行业分为工业、农业、交通运输、生活、医疗及军事等。按实现的功能分为超声波加工、超声波清洗、超声波探测、检测、监测、遥测、遥控等；按工作环境分为液体、气体、生物体等;按性质分为功率超声波、检测超声波、超声波成像等。
压电陶瓷变压器 压电陶瓷变压器是利用极化后压电体的压电效应来实现电压输出的。
超声波马达 超声波马达是把定子作为换能器, 利用压电晶体的逆压电效应让马达定子处于超声波频率的振动, 然后靠定子和转子间的摩擦力来传递能量, 带动转子转动。
超声波清洗 超声波清洗的机理是利用超声波在清洗液中传播时的空化、辐射压、声流等物理效应。
超声波焊接 超声波焊接有超声波金属焊接和超声波塑料焊接两大类。
参考资料来源：百度百科-超声波换能器
