高压放大器在耐强酸腐蚀超声波换能器测试中的应用

实验名称：高压放大器在耐强酸腐蚀超声波换能器中的应用

实验目的：设计并制作 了一种用于强酸性输液系统除垢的超声波换能器。利用聚丙烯管道组装的静态流体超声场强测试系统研究影响超声传播的因素。

实验设备：函数发生器，ATA-4011高压放大器，数字示波器，超声探测器，超声振头系统等。

实验过程：

（1）超声换能器的设计和制作；

换能器的外形如图所示。其中，大头螺钉固定于耐强酸陶瓷超声发射头的凹坑中心轴线位置,陶瓷与螺钉之间紧密连接。图中各部件作密封处理,紧密连接。支撑及密封挡板选用聚丙烯耐酸塑料板加工而成，耐酸垫圈材质选用聚四氟乙烯。

（2）换能器超声发射场强测试；

设计并组装了一套静态管路超声场强测试系统，如图所示。介质为1.0mol/L的硫酸锌或选定浓度强酸水溶液。用该系统分别对本设计的超声波换能器与普通以不锈钢板发射头换能器的超声发射强度进行测试、比较。为了方便表征,选用两种超声波换能器的尺寸、发射功率、工作频率均相同。声场强度与超声传感器测试电信号强度成正比，因此，统一用自制高灵敏度复合振子压电传感器测量所得电压代替声场强度进行比较分析。

函数信号发生器产生的正弦波经ATA-4011高压放大器放大后驱动换能器工作。

（3）酸腐蚀测试。

分别配制0.05 mol/L,0. 1 mol/L,0. 2 mol/L,0.5 mol/L,1.0 mol/L的H2SO,、HCl、HNO3水溶液和0.05 mol/L,0. 1 mol/L,0. 2 mol/L,0.5 mol/L的HF水溶液,将测试系统中的的硫酸锌水溶液换成不同酸度的H2SO]、 HCI、HNO3或HF水溶液,然后将超声波除垢器与超声波发生器连接,进行为期1个月的试验。再拆卸超声波换能器，观察超声波换能器发射头的陶瓷超声发射头的腐蚀程度。

实验结果：

瓷超声发射头的声场强度明显高于不锈钢发射板。该现象一方面得益于振动方式的不同，前者的振动节点在支撑位,陶瓷头端自由度高;而后者通过带动不锈钢板振动,自由度小。再者陶瓷超声发射头的密度小,刚性大，声阻抗比不锈钢小得多,有利于超声波向盐水液体传输。

 

结果表明，陶瓷超声发射头有利于超声传播,随导波棒粗端凸台直径(即有效传递面积)增大,超声传递越好。结合有限元软件分析,将支撑点设计于换能器的振动节点有利于换能器的声波向液相发射。

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此实验参考至知网论文《耐强酸腐蚀超声波换能器》

审核编辑：符乾江