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超聲波線束機(jī)：電陶瓷功率的優(yōu)化設(shè)計(jì)

閱讀：41發(fā)布時(shí)間：2023-2-8

超聲波線束機(jī)：電陶瓷功率超聲波換能器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在超聲波線束機(jī)功率超聲及水聲學(xué)研究領(lǐng)域.夾心式壓電陶瓷換能器得到了極為廣泛的應(yīng)用，此類電陶瓷功率超聲波換能器的優(yōu)化設(shè)計(jì)換能器主要由中心壓電陶瓷片/前后金屬蓋板/預(yù)應(yīng)力螺栓/金屬電極片以及預(yù)應(yīng)力螺栓絕緣套管等組成，既利用了壓電陶瓷振子的縱向效應(yīng).又得到了較低的共振頻率，由于壓電陶瓷本身的特點(diǎn).即抗張強(qiáng)度差.在大功率工作狀態(tài)下容易發(fā)生破裂.通過采用金屬塊以及預(yù)應(yīng)力螺栓給壓電陶瓷圓片施加預(yù)應(yīng)力.使壓電陶瓷圓片在強(qiáng)烈的振動(dòng)時(shí)始終處于壓縮狀態(tài).從而可以避免壓電陶瓷片的破裂，由于電陶瓷屬于一種絕緣性材料.因此其導(dǎo)熱性能很差.在大功率狀態(tài)下極易發(fā)熱.從而造成能量的轉(zhuǎn)換效率下降，在夾心式壓電陶瓷換能器中.由于使用了金屬前后蓋板.換能器的導(dǎo)熱性能會(huì)得到很大的改善，只要金屬材料與壓電陶瓷材料的厚度以及橫向尺寸選擇適當(dāng).電陶瓷材料彈性常數(shù)的溫度系數(shù)可以由金屬材料彈性常數(shù)的溫度系數(shù)加以補(bǔ)償.因此夾心式壓電陶瓷換能器的頻率溫度系數(shù)可以做得很小.其溫度的穩(wěn)定性也較好，在夾心式壓電陶瓷超聲波線束機(jī)換能器中.通過改變壓電陶瓷材料的厚度/形狀及前后金屬蓋板的幾何尺寸和形狀.可以對(duì)換能器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì).來獲得不同的工作頻率和其他一些性能參數(shù).以適應(yīng)不同的工作環(huán)境和應(yīng)用場(chǎng)合。關(guān)于夾心式壓電陶瓷功率的理論計(jì)算和工程設(shè)計(jì).換能器進(jìn)行了大量的研究工作.發(fā)展了許多設(shè)計(jì)理論，隨著功率超聲技術(shù)的發(fā)展.對(duì)換能器的功率要求越來越高.此時(shí)壓電陶瓷片的散熱成為一個(gè)嚴(yán)重的問題!為了避免陶瓷元件的過度發(fā)熱可以采用強(qiáng)制風(fēng)冷及水冷的法，有時(shí)也采用厚電極以有利于陶瓷元件的散熱!然而關(guān)于厚電極的優(yōu)化設(shè)計(jì)及計(jì)算"系統(tǒng)的理論分析不是很多!另外電陶瓷元件是換能器的核心部件除了電陶瓷元件的材料性能影響換能器的性能以外，其位置和幾何尺寸也影響換能器的振動(dòng)性能!本文將對(duì)傳統(tǒng)的夾心式壓電陶瓷換能器的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行探討，以利于此類換能器性能的進(jìn)一步提高!

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