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超声波换能器类型:磁致伸缩与压电换能器的比较

更新时间:24-05-2021
摘要:

自创建超声波设备以来,有两种类型的换能器来产生过程所需的声波:压电和磁致伸缩。虽然它们的功能都足以使其在市场上 […]

自创建超声波设备以来,有两种类型的换能器来产生过程所需的声波:压电和磁致伸缩。虽然它们的功能都足以使其在市场上占有一席之地,但每种超声换能器都有其特点,因此使其更适合于特定任务。为了比较它们,必须研究它们的工作方式以及它们各自的特点。

 

工作原理

压电技术使用锆钛酸铅制成的具有特殊电性能的晶体。在换能器中,这种晶体材料在相对的面上附有两条电线。然后将晶体和布线组装在两个金属板之间的外壳中。当电流流过布线并进入晶体时,晶体会迅速改变形状并膨胀。当电流终止时,晶体返回其原始形状。使用该技术的超声换能器以设定的频率快速循环通过晶体的电流,从而产生共振效果。

 

磁致伸缩超声换能器的工作原理是,富铁金属在受到磁场作用时会膨胀和收缩。为了利用这种行为,将富含铁的金属芯包裹在铜线中。然后将该组件包含在一个罐中。当电流通过铜线时,金属芯会膨胀并延长。像压电换能器一样,设定频率的电流会产生谐振效果。

 

固定方式

使用粘合剂将压电超声换能器粘合到超声清洁器外壳上。首次引入压电技术时,这会产生问题,因为胶粘剂会变弱并最终失效。由于开发了可用于飞机行业的工程技术,该限制已不复存在。尽管重复使用,现代粘合剂仍不允许换能器附着。

磁致伸缩换能器的外壳直接焊接到超声清洗器的储罐上,提供牢固,几乎不易断裂的结合。

 

超声波换能器频率

超声波清洗的理想状态是在40kHz-70kHz的频率下运行,但是该过程仍可以在25kHz-170kHz的宽范围内进行。

磁致伸缩超声换能器只能在高达30kHz的频率下工作,这意味着其适用用途受到极大限制。在这种情况下,磁致伸缩换能器超声清洗系统的最佳用途是用于大型机械,这些机械具有难以去除的污染物。该过程还必须不需要彻底清洁机械。在电镀加工线上可以使用该应用程序的例子。

另一方面,压电超声换能器能够在25kHz至170kHz的整个范围内工作,从而使其用途极为多样化。

 

能源消耗

磁致伸缩超声换能器必须将电能转换为磁能,然后使用它来产生机械能。整个过程会产生大量浪费的能量,通常以热能的形式浪费掉。

压电超声换能器能够一步将低压电流转换为机械能,从而使其效率很高。因此,在消耗相同数量的电能的情况下,压电换能器可以实行更多的工作。

 

固有超声换能器噪声水平

当产生谐波频率时,次谐波频率通常会作为自然产物产生。大多数压电换能器的工作频率为40kHz或更高,这意味着产生的第一个次谐波为20kHz,超出了正常人的听觉范围。

磁致伸缩超声换能器通常以30kHz或更低的频率工作,产生可听见的次谐波频率。这些频率听起来与近距离听到的高压电气或变压器的嗡嗡声相同。当将多个磁致伸缩换能器安装在同一个超声波清洗槽中时,噪音水平需要使用保护性的助听器。

 

超声波换能器预期寿命

压电换能器首先使用石英晶体,随着时间的流逝,石英晶体最终会失去强度。此后,工程师创造了可以通过特殊工艺进行预时效处理的半导体陶瓷材料,从而减少了组件组装后的磨损量。

结合新型晶体化合物,它们的使用寿命与磁致伸缩换能器一样长,而磁致伸缩换能器一直享有很长的使用寿命。

 

总结

尽管磁致伸缩技术在某些机械过程中具有理想的用途,但通常已显示出压电超声换能器具有更好的性能和理想的质量。

 

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