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超聲波振動(dòng)篩換能器性能優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn)
文章出處：原創(chuàng)
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發(fā)表時(shí)間：2016-07-16 01:51
評(píng)定一個(gè)超聲波振動(dòng)篩換能器或振動(dòng)系統(tǒng)的性能優(yōu)劣，需要從參數(shù)和導(dǎo)納曲線(xiàn)圖兩方面進(jìn)行分析：
一、參數(shù)
1、機(jī)械諧振頻率（Fs）： 即振動(dòng)系統(tǒng)的工作頻率、設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能接近期望值，并且必須與電源工作點(diǎn)匹配。
2、動(dòng)態(tài)電阻（R1）： 壓電振子串聯(lián)支路的電阻，在相同的支撐條件下越小越好。對(duì)于清洗或焊接振子來(lái)說(shuō)，一般在5Ω-20Ω之間。如果太大的話(huà)，振子或振動(dòng)系統(tǒng)工作會(huì)有問(wèn)題，如電路不匹配或轉(zhuǎn)換效率低、振子壽命短。
3、機(jī)械品質(zhì)因素（Qm）： 以電導(dǎo)曲線(xiàn)法確定，Qm＝Fs /(F2－F1)，Qm越高越好，因?yàn)镼m越高，振子的效率越高；但Qm必須與電源匹配，Qm值太高時(shí)，電源無(wú)法匹配。對(duì)于清洗振子來(lái)說(shuō)，Qm值越高越好，一般來(lái)說(shuō)，清洗振子的Qm要達(dá)到500-1000之間，太低的話(huà)，振子效率低，太高的話(huà)，電源無(wú)法匹配。對(duì)于超聲焊接或加工來(lái)說(shuō)，振子本身的Qm值一般在50-1000左右，整機(jī)系統(tǒng)在1500-3000，太低的話(huà)，振動(dòng)效率低，但是也不能太高，因?yàn)镼m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(diǎn)，設(shè)備無(wú)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(shù)字電容表測(cè)得的值是一致的。這個(gè)值減掉動(dòng)態(tài)電容C1就可以得到真正的靜電容C0，C0＝CT－C1。使用時(shí)要以電感對(duì)C0進(jìn)行平衡。在清洗機(jī)或超聲加工機(jī)器的電路設(shè)計(jì)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(lián)調(diào)諧和串聯(lián)調(diào)諧。
5、反諧振頻率（Fp）： 壓電振子并聯(lián)支路的諧振頻率，在這個(gè)頻率下，壓電振子的阻抗Zmax很大，如果反諧振阻抗Zmax很低，則振子有問(wèn)題。
二、圖形
超聲波振動(dòng)篩換能器或振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)性能可以直接通過(guò)對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖進(jìn)行判斷，比較直觀(guān)，很實(shí)用。
1、正常的情況下，導(dǎo)納圓與電導(dǎo)曲線(xiàn)如下圖，導(dǎo)納圓為單圓，對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖只有一對(duì)極小值和極大值：
一、參數(shù)
1、機(jī)械諧振頻率（Fs）： 即振動(dòng)系統(tǒng)的工作頻率、設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能接近期望值，并且必須與電源工作點(diǎn)匹配。
2、動(dòng)態(tài)電阻（R1）： 壓電振子串聯(lián)支路的電阻，在相同的支撐條件下越小越好。對(duì)于清洗或焊接振子來(lái)說(shuō)，一般在5Ω-20Ω之間。如果太大的話(huà)，振子或振動(dòng)系統(tǒng)工作會(huì)有問(wèn)題，如電路不匹配或轉(zhuǎn)換效率低、振子壽命短。
3、機(jī)械品質(zhì)因素（Qm）： 以電導(dǎo)曲線(xiàn)法確定，Qm＝Fs /(F2－F1)，Qm越高越好，因?yàn)镼m越高，振子的效率越高；但Qm必須與電源匹配，Qm值太高時(shí)，電源無(wú)法匹配。對(duì)于清洗振子來(lái)說(shuō)，Qm值越高越好，一般來(lái)說(shuō)，清洗振子的Qm要達(dá)到500-1000之間，太低的話(huà)，振子效率低，太高的話(huà)，電源無(wú)法匹配。對(duì)于超聲焊接或加工來(lái)說(shuō)，振子本身的Qm值一般在50-1000左右，整機(jī)系統(tǒng)在1500-3000，太低的話(huà)，振動(dòng)效率低，但是也不能太高，因?yàn)镼m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(diǎn)，設(shè)備無(wú)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(shù)字電容表測(cè)得的值是一致的。這個(gè)值減掉動(dòng)態(tài)電容C1就可以得到真正的靜電容C0，C0＝CT－C1。使用時(shí)要以電感對(duì)C0進(jìn)行平衡。在清洗機(jī)或超聲加工機(jī)器的電路設(shè)計(jì)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(lián)調(diào)諧和串聯(lián)調(diào)諧。
5、反諧振頻率（Fp）： 壓電振子并聯(lián)支路的諧振頻率，在這個(gè)頻率下，壓電振子的阻抗Zmax很大，如果反諧振阻抗Zmax很低，則振子有問(wèn)題。
二、圖形
超聲波振動(dòng)篩換能器或振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)性能可以直接通過(guò)對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖進(jìn)行判斷，比較直觀(guān)，很實(shí)用。
1、正常的情況下，導(dǎo)納圓與電導(dǎo)曲線(xiàn)如下圖，導(dǎo)納圓為單圓，對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖只有一對(duì)極小值和極大值：
2、異常情況下，導(dǎo)納圓與電導(dǎo)曲線(xiàn)如下圖, 導(dǎo)納圓圖上出現(xiàn)多個(gè)寄生小圓，對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖有多對(duì)極小值和極大值：
在以下的情況中，壓電陶瓷或換能器的導(dǎo)納圓與電導(dǎo)曲線(xiàn)會(huì)出現(xiàn)異常：
（1）超聲波振動(dòng)篩換能器在裝配時(shí)出現(xiàn)晶片裂。
（2）壓電陶瓷本身有問(wèn)題，如內(nèi)部分層。
（3）超聲變幅桿、模具的設(shè)計(jì)或裝配出現(xiàn)問(wèn)題。
（4）超聲波振動(dòng)篩換能器同心度差造成的應(yīng)力桿周?chē)慵嗯觥?
（3）超聲變幅桿、模具的設(shè)計(jì)或裝配出現(xiàn)問(wèn)題。
（4）超聲波振動(dòng)篩換能器同心度差造成的應(yīng)力桿周?chē)慵嗯觥?
一般來(lái)說(shuō)，導(dǎo)納曲線(xiàn)圖和參數(shù)互相有關(guān)聯(lián)，如果振子的導(dǎo)納曲線(xiàn)圖正常，則R1較低，Qm較高，反之如果振子的導(dǎo)納曲線(xiàn)圖異常，一般R1較大，Qm較小。
