ICS .17. 140 A 59 中华人民共和国国家标准 GB/T 17252—1998 声学100kHz以下超声压电换能器的 特性和测量 AcousticsCharacteristics and measurements of ultrasonic piezoelectric transducers up to 100 kHz 1998-10-01实施 1998-03-18发布 国家技术监督局发布 GB/T 17252—1998 前 言 本标准是参照国际电工委员会技术报告IEC1088：i991《超声压电陶瓷换能器的特性和测量》制定 的，编写规则遵守GB/T1.1一1993的规定。 本标准与技术报告1EC1088在技术内容上基本相同，仅有以下不同： 1.IEC1088的名称为“超声压电陶瓷换能器的特性和测量”，凡是压电类型的都适用，因此去掉“陶 ·瓷”的限定范围。另一方面，为避免混淆，把标准适用的频率范围放在名称内，为使用者提供方 便。所以我们把本标准名称改为现在的"100kHz以下超声压电换能器的特性和测量”。 2.IEC1088第3章“定义”中用到第4章“换能器的分类”中的内容，在制定本标准时，把第4章的 "P类换能器”“A类换能器”的分类直接放在第3章的定义中，我们认为这样安排更合理。 Eres+/ 2 3. IEC 1088的公式(3.7)Vv -- 我们认为有误，应为Vev= VTres V2.Vrres 本标准的附录A、附录B和附录C都是提示性的。 本标准由全国声学标准化技术委员会提出并归口。 本标准起草单位：中国科学院声学研究所，中国船舶工业总公司715所。 本标准主要起草人：朱厚卿、邢艳红、衰文俊、薛耀泉。 中华人民共和国国家标准 声学100kHz以下超声压电换能器的 GB/T 17252—1998 特性和测量 Acoustics--Characteristics and measurements of ultrasonic piezoelectric transducers up to 100 kHz 1范围 本标准规定了超声能量应用在工业方面的压电换能器的基本电声特性及其测量方法。 本标准适用于100kHz以下的单一共振频率的压电纵向振动换能器。 2引用标准 下列标准所包含的条文,通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。在标准出版时,所示版本均 为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 GB/T3947—1996声学名词术语 3定义 本标准采用下列定义。 3.1 输入电功率 P。 input electrical power 某一给定频率下，换能器从功率发生器中吸收的有效交流功率，单位为瓦，W。 注：输入电功率可以表示为： P, = Vt-Ircosy (1) 式中：Vr——换能器输入电压的均方根值,V； IT通过换能器的电流的均方根值，A ——V和 I之间的相位差，()。 3.1.1输入电功率频率响应曲线 P.(f）frequency response curve for input electrical power 换能器输入电压为恒定时，P。值与频率的关系曲线。 3. 1.2 谐振时的输入电功率 P。ra input electrical power at resonance 输入电功率频率响应曲线的最大值。 3.2 输出声功率Poutput acoustical power 换能器辐射到介质中的声功率，单位为瓦，W。 3. 3 P类换能器 transducers of category P 供用于向空气或液体中辐射声功率的换能器。 注：为改善换能器与介质之间的匹配；可增加一个与换能器辐射面连接的阻抗匹配器，也是换能器的一个重要的部 分。 3.4 A 类换能器 transducers of category A 供用于对各种固体处理的换能器。 注：与换能器辐射面相连的带有加工工具的机械变幅杆应看作换能器的组成部分。 国家技术监警局1998-03-18批准 1998-10-01实施 GB/T 17252—1998 3.5振动位移幅度vibrational displacement amplitude A类换能器的加工头或变幅杆中心振动位移幅度的轴向分量，单位为微米，um。 P类换能器振动位移幅度是辐射面给定点的纵向振动位移的幅度。 3.5.1振动位移幅度频率响应曲线（f）frequencyresponsecurveforvibrationaldisplacementam plitude 换能器的输入电压为恒定时，振动位移幅度值与频率之间的关系曲线。 3.5.2共振时振动位移幅度Erevibrationdisplacementamplitudeat resonance 换能器的输入电压恒定，频率变化时振动位移幅度的最大值。 3.6共振频率 fresfrequency of resonance 对应于输入电功率频率响应曲线（P类换能器）或振动位移幅度频率响应曲线（A类换能器）最大值 的频率,单位为干赫,kHz。 3.7带宽fbandwidth 换能器频率响应曲线上f...两侧对应等于0.5P.r.值的频率(P类换能器）或是对应等于最大值的 0.707时的频率（A类换能器）间的宽度，单位为千赫，kHz。 3.7.1换能器的机械品质因数Qmechanical quality factor of the transducer 共振频率与带宽的比值。 Q- (2) Af 3.8换能器的电阻抗Zelectrical impedance of the transducer 在某一给定频率下，换能器激励为简谐波（正弦型周期振动）的条件下，在此频率时换能器的电阻抗 是换能器的输入电压与通过换能器的电流的复数比值，单位为欧姆，。 Z = R+ jX 式中 R和 X分别是阻抗的实部和虚部。 注 1电阻抗也可以表示为： Z [ZI(cosd + jsind) =x + =iz! (4 ) 式中：1z/=V/It-—阻抗的绝对值，数值上等于换能器输入电压的均方根与电流的均方根的比值； 中——电流和电压之间的相位差。 2对于大功率工作的情况，输入阻抗与激励电压有关时，应注明激励电压值。 3.8.1 共振时的电阻抗Zreelectrical impedance at resonance 在共振频率处的电阻抗值。 注：电阻抗各相应分量表示为：Rres，Xres，|Zr|和de。 3.9 换能器的电导纳 Y electrical admittance of the transducer 电阻抗的倒数，用下面的复数形式表示： Y=G+jB 式中G和B分别是导纳的实部和虚部，单位为西门子,S。 导纳的实部和虚部与电阻抗各分量之间的关系为： R -X (5) R+ X 3.9.1钳定换能器的电导纳Y.electrical admittance of the clamped transducer 在换能器没有机械振动情况下的电导纳，单位为西门子，S。 注：电导纳的实部和虚部分别用Ge1，Bei表示。 钳定换能器的电容与电导纳的虚部有关，可以表示为： 2 GB/T17252—1998 C1 = Be1/2元f 3.10换能器的灵敏度sensitivityof thetransducer 在共振频率处振动位移幅度与换能器输入电压幅度的比值，单位为微米每伏，um/V。可表示为： Eres Mev- (7) F2.Vres 式中：一一振动位移的幅值； VTres 一共振频率处电压的均方根值。 3.10.2“位移平方-功率”灵敏度Msp“squared displacement-power”sensitivity 在共振频率处振动位移幅值的平方与输入电功率之比，单位为微米平方每瓦，（μm）"/W。 Fres Mep = (8) 注：“位移平方-功率”灵敏度是A类换能器效率的量度。 3.11 电声效率 nea electroacoustical efficiency P类换能器辐射到介质的声功率与输入电功率的比值。 P. (9) 4测量条件 4.1概述 换能器特性的测量应尽可能在换能器的实际工作条件下进行，对环境温度，冷却，换能器的支持和 声负载类型等重要因素予以适当考虑。 4.1.1声负载 中进行。在声负载为液体的情况下，应考虑到测量槽中液面的高度和由于介质中空化的变化与声功率大 小有关等因素(见附录B)。 4.2测量准备 4.2.1换能器的准备 浸水前，应将换能器的所有表面及其附件上的沾染物和油渍仔细地清除掉如果测量中对换能器的 位置没有特殊要求，则换能器的放置应避免气泡在表面积聚。 4.2.2水的准备 水应加热到70℃以上以除去气体，然后用可产生空化的有足够超声强度的超声处理2h，不需要额 外加热，然后冷却到操作温度，或选用25℃士5℃的除气水。制备除气水的最简单方法是将水煮沸，并保 持15min，然后冷却到54℃，灌满瓶子，用带玻璃管的橡皮塞子塞紧，玻璃管外带软管，充满水后夹紧， 冷却贮存，保持局部真空。 在使用时放开夹子，注入水槽，防止空气带入。 4.3测量条件 测量时，要用交流激励电压额定值，不允许用低功率条件下测量的参数值来推断高功率条件下相应 的值。 激励电压值，输入电功率和对测量结果有影响的参数都应与测量结果一并记录。 应注意输入电功率和振动幅度不要超过制造商规定的额定值。 4.4对设备的基本要求 3