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超聲波振動篩換能器性能優(yōu)劣的判斷標準
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發(fā)表時間:2016-07-16 01:51
評定一個超聲波振動篩換能器或振動系統(tǒng)的性能優(yōu)劣,需要從參數(shù)和導(dǎo)納曲線圖兩方面進行分析:
一、參數(shù)
1、機械諧振頻率(Fs): 即振動系統(tǒng)的工作頻率、設(shè)計中應(yīng)盡可能接近期望值,并且必須與電源工作點匹配。
2、動態(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(tǒng)工作會有問題,如電路不匹配或轉(zhuǎn)換效率低、振子壽命短。
3、機械品質(zhì)因素(Qm): 以電導(dǎo)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(tǒng)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(shè)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(shù)字電容表測得的值是一致的。這個值減掉動態(tài)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(shè)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(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,則振子有問題。
二、圖形
超聲波振動篩換能器或振動系統(tǒng)的振動性能可以直接通過對數(shù)坐標圖進行判斷,比較直觀,很實用。
1、正常的情況下,導(dǎo)納圓與電導(dǎo)曲線如下圖,導(dǎo)納圓為單圓,對數(shù)坐標圖只有一對極小值和極大值:
一、參數(shù)
1、機械諧振頻率(Fs): 即振動系統(tǒng)的工作頻率、設(shè)計中應(yīng)盡可能接近期望值,并且必須與電源工作點匹配。
2、動態(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(tǒng)工作會有問題,如電路不匹配或轉(zhuǎn)換效率低、振子壽命短。
3、機械品質(zhì)因素(Qm): 以電導(dǎo)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(tǒng)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(shè)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(shù)字電容表測得的值是一致的。這個值減掉動態(tài)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(shè)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(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,則振子有問題。
二、圖形
超聲波振動篩換能器或振動系統(tǒng)的振動性能可以直接通過對數(shù)坐標圖進行判斷,比較直觀,很實用。
1、正常的情況下,導(dǎo)納圓與電導(dǎo)曲線如下圖,導(dǎo)納圓為單圓,對數(shù)坐標圖只有一對極小值和極大值:
2、異常情況下,導(dǎo)納圓與電導(dǎo)曲線如下圖, 導(dǎo)納圓圖上出現(xiàn)多個寄生小圓,對數(shù)坐標圖有多對極小值和極大值:
在以下的情況中,壓電陶瓷或換能器的導(dǎo)納圓與電導(dǎo)曲線會出現(xiàn)異常:
(1)超聲波振動篩換能器在裝配時出現(xiàn)晶片裂。
(2)壓電陶瓷本身有問題,如內(nèi)部分層。
(3)超聲變幅桿、模具的設(shè)計或裝配出現(xiàn)問題。
(4)超聲波振動篩換能器同心度差造成的應(yīng)力桿周圍零件相碰。
(3)超聲變幅桿、模具的設(shè)計或裝配出現(xiàn)問題。
(4)超聲波振動篩換能器同心度差造成的應(yīng)力桿周圍零件相碰。
一般來說,導(dǎo)納曲線圖和參數(shù)互相有關(guān)聯(lián),如果振子的導(dǎo)納曲線圖正常,則R1較低,Qm較高,反之如果振子的導(dǎo)納曲線圖異常,一般R1較大,Qm較小。