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超聲波振動篩換能器性能優劣的判斷標準

文章出處:原創 責任編輯:admin 人氣: 發表時間:2016-07-16 09:51
     評定一個超聲波振動篩換能器或振動系統的性能優劣,需要從參數和導納曲線圖兩方面進行分析:

     一、參數  

     1、機械諧振頻率(Fs): 即振動系統的工作頻率、設計中應盡可能接近期望值,并且必須與電源工作點匹配。
     2、動態電阻(R1): 壓電振子串聯支路的電阻,在相同的支撐條件下越小越好。對于清洗或焊接振子來說,一般在5Ω-20Ω之間。如果太大的話,振子或振動系統工作會有問題,如電路不匹配或轉換效率低、振子壽命短。  
     3、機械品質因素(Qm): 以電導曲線法確定,Qm=Fs /(F2-F1),Qm越高越好,因為Qm越高,振子的效率越高;但Qm必須與電源匹配,Qm值太高時,電源無法匹配。對于清洗振子來說,Qm值越高越好,一般來說,清洗振子的Qm要達到500-1000之間,太低的話,振子效率低,太高的話,電源無法匹配。對于超聲焊接或加工來說,振子本身的Qm值一般在50-1000左右,整機系統在1500-3000,太低的話,振動效率低,但是也不能太高,因為Qm越高,工作帶寬越窄,電源難以匹配,即:電源難以工作在諧振頻率點,設備無法工作。
     4、自由電容(CT): 壓電器件在1kHz頻率下的電容值,此值和數字電容表測得的值是一致的。這個值減掉動態電容C1就可以得到真正的靜電容C0,C0=CT-C1。使用時要以電感對C0進行平衡。在清洗機或超聲加工機器的電路設計中,正確地平衡C0可以提高電源的功率因素,使用電感平衡有兩種方法,并聯調諧和串聯調諧。
     5、反諧振頻率(Fp): 壓電振子并聯支路的諧振頻率,在這個頻率下,壓電振子的阻抗Zmax***大,如果反諧振阻抗Zmax很低,則振子有問題。

     二、圖形  

     超聲波振動篩換能器或振動系統的振動性能可以直接通過對數坐標圖進行判斷,比較直觀,很實用。  

    1、正常的情況下,導納圓與電導曲線如下圖,導納圓為單圓,對數坐標圖只有一對極小值和極大值:
對數坐標圖1
 
    2、異常情況下,導納圓與電導曲線如下圖, 導納圓圖上出現多個寄生小圓,對數坐標圖有多對極小值和極大值:
對數坐標圖2

    在以下的情況中,壓電陶瓷或換能器的導納圓與電導曲線會出現異常: 
 
   (1)超聲波振動篩換能器在裝配時出現晶片裂。
   (2)壓電陶瓷本身有問題,如內部分層。  
   (3)超聲變幅桿、模具的設計或裝配出現問題。
   (4)
超聲波振動篩換能器同心度差造成的應力桿周圍零件相碰。  

    一般來說,導納曲線圖和參數互相有關聯,如果振子的導納曲線圖正常,則R1較低,Qm較高,反之如果振子的導納曲線圖異常,一般R1較大,Qm較小。
 
 
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