超聲波流量計探頭及換能器原理 二十五
根據前面所述:U感=(Bl)2·i/(Zm+Zr),我們還可以采用另一種方式把圖2.1中的機械部分反映到電學部分中去,得到如圖2.2所示的等效電路圖:
由于機械振動的力阻抗使得電路部分中相當于附加了一個(Bl)2/(Zm+Zr)的電阻抗。
同樣,根據:U外=iZo+BlV,還可以改寫成:V=(U外/Bl)-[Zo(Bli)/(Bl)2]如圖2.3所示,從而把電學部分反映到機械部分中去。
四.電動式發射換能器的功率和效率
根據Zm=Rm+jωMm+(1/jωCm)和Zr=Rs+jωMs,我們可以把圖2.2中的機械振動阻抗改寫成:(Bl)2/(Zm+Zr)= (Bl)2(Zm+Zr)/(Zm+Zr)2= (Bl)2/(Zm+Zr)2{(Rm+Rs)+jω(Mm+Ms)+(1/jωCm)}= (Bl)2/(Zm+Zr)2{(Rm+Rs)+jω(Mm+Ms)-(j/ωCm)}= (Bl)2/(Zm+Zr)2{(Rm+Rs)+j[ω(Mm+Ms)-(1/ωCm)]}= Rdm+Rds+jXd式中:
Rdm=(Bl)2·Rm/(Zm+Zr)2 --機械阻
Rds=(Bl)2·Rs/(Zm+Zr)2 --聲阻
Xd=(Bl)2·[ω(Mm+Ms)-(1/ωCm)]/(Zm+Zr)2 --機械感抗
于是可以把圖2.2改成圖2.4的形式:
電源供給發射換能器的總能量Ui將分配給電路系統和機械振動系統,電路系統獲得的能量i2Zo中因有純電阻存在而導致一部分有功損耗。機械振動系統獲得的能量則為i2(Rdm+Rds),這是有功功率,其中只有i2Rds轉變為聲能,而i2Rdm則是機械振動系統的有功損耗。
超聲波流量計