溫度對超聲波換能器性能的影響

　　我們都知道超聲波換能器的主要參數(shù)有：諧振頻率、反諧振頻率、諧振阻抗、反諧振阻抗、輸出幅值、靜態(tài)電容等。

　　在平時使用換能器的時候，除了超聲波換能器有自身損耗的影響外，很可能使用場合出現(xiàn)在室內(nèi)或室外，換能器工作的環(huán)境溫度不定，造成了換能器的性能也是不定。下面就溫度對超聲波換能器的影響說一說：

1、   溫度對超聲波換能器諧振頻率的影響。

根據(jù)上文可知換能器的最佳工作頻率為其頻率 f 的大小與換能器的厚度t、壓電陶瓷的密度ρ以及恒電位移的彈性常數(shù)分量有關(guān)。對于壓電陶瓷頻率與溫度關(guān)系通常用頻率溫度穩(wěn)定性來表示，其公式如下：

式中 t——壓電陶瓷振子厚度；

ρ——表示壓電陶瓷材料密度；

——表示壓電陶瓷材料恒電位移彈性常數(shù)分量；

對于壓電陶瓷來說，由于線膨脹系數(shù)與密度溫度系數(shù)的系

數(shù)都為負(fù)值，所以當(dāng)工作溫度升高時，換能器諧振頻率會下降。因此換能器的頻

率隨溫度變化主要是由于彈性常數(shù)隨溫度變化導(dǎo)致的，而線膨脹引起的換能器尺

寸變化對頻率影響是次要的。

2、溫度對超聲波換能器的靜態(tài)電容的影響。

換能器的靜態(tài)電容為其換能器靜態(tài)電容

的大小與壓電陶瓷的厚度t、直徑a以及恒應(yīng)變的介電常數(shù)分量有關(guān)。

式中。由于壓電換能器剛性受夾，所以振子直徑的溫度系數(shù)幾乎不變，而振子的線膨脹系數(shù)比介電常數(shù)分量的溫度系數(shù)小很多。因此靜態(tài)電容與溫度的關(guān)系至于壓電材料的介電常數(shù)有關(guān)。隨著工作溫度升高，介電常數(shù)變大，因此換能器的靜態(tài)電容增大。

2、   溫度對超聲波換能器諧振阻抗的影響。

　　超聲波換能器的諧振阻抗由于溫度變化導(dǎo)致介電隔離率與彈性常數(shù)分量隨著溫度升高而增大，工作頻率 f 隨著溫度增加而減小，靜態(tài)電容隨著溫度升高而變大。因此換能器的阻抗Z 隨著溫度升高而減小。

　　總之溫度的變化將改變換能器的參數(shù)（溫度升高，諧振頻率降低，靜態(tài)電容增大，阻抗減小），在設(shè)計(jì)使用到換能器時都將考慮到溫度的影響，進(jìn)行補(bǔ)償。