通過匹配使發(fā)生器向換能器輸出額定的電功率,這是由于發(fā)生器需要一個負載才能輸出額定功率所致,把超聲波換能器的阻抗變換成負載,也即阻抗變換作用。通過匹配使發(fā)生器輸出效率高,這是由于換能器有靜電抗的原因。
造成功率效率上的輸出電壓和電流有一定相位差,從而使輸出功率得不到期望的大輸出,使發(fā)生器輸出效率降低,因此在發(fā)生器輸出端并上或串上一個相反的抗,使發(fā)生器負載為純電阻,也即調(diào)諧作用。由此可見匹配的好壞直接影響著功率超聲源的產(chǎn)生和效率。
超聲換能器是將電能轉(zhuǎn)化為機械振動并放大振幅的部件,主要包括超聲換能器,超聲波變幅桿和超聲波焊頭。超聲波塑料焊接機上的超聲換能器的工作原理,就是利用壓電陶瓷材料的逆壓電效應產(chǎn)生振動工作的。
將一壓電晶體置于外電場中,在電場的作用下,引起晶體內(nèi)部正負電荷重心的移動,這一極化位移又導致晶體發(fā)生形變,這就叫做逆壓電效應。超聲變幅桿是超聲加工處理設備中,超聲振動系統(tǒng)的重要組成部分之一。
在超聲振動系統(tǒng)工作過程中,由于超聲換能器輻射面所產(chǎn)生的振動幅度較小,當工作頻率在20 kHz 范圍內(nèi),超聲換能器的輻射面的振幅只有數(shù)微米,而在超聲焊接中所需要的振幅大約為數(shù)十至數(shù)百微米。所以必須借助變幅桿的作用,將機械振動質(zhì)點的位移量和運動速度進行放大,并將超聲能量聚集在較小的面積上,產(chǎn)生聚能作用。
超聲變幅桿還可以作為機械阻抗變換器,在換能器和負載之間架起橋梁,進行阻抗匹配,使超聲能量更有效地從換能器向負載傳輸。超聲波換能器是一種能量轉(zhuǎn)換器件,它的功能是將輸入的電功率轉(zhuǎn)換成機械功率(即超聲波)再傳遞出去,而它自身消耗掉很少的一部分功率(小于10%)。
所以使用超聲波換能器,應考慮的問題就是與輸入輸出端的匹配,其次是機械安裝和配合尺寸。