實驗名稱：高壓放大器在耐強酸腐蝕超聲波換能器中的應用

實驗目的：設計并制作 了一種用于強酸性輸液系統除垢的超聲波換能器。利用聚丙烯管道組裝的靜態流體超聲場強測試系統研究影響超聲傳播的因素。

實驗設備：函數發生器，ATA-4011高壓放大器，數字示波器，超聲探測器，超聲振頭系統等。

實驗過程：

（1）超聲換能器的設計和制作；

換能器的外形如圖所示。其中，大頭螺釘固定于耐強酸陶瓷超聲發射頭的凹坑中心軸線位置,陶瓷與螺釘之間緊密連接。圖中各部件作密封處理,緊密連接。支撐及密封擋板選用聚丙烯耐酸塑料板加工而成，耐酸墊圈材質選用聚四氟乙烯。

（2）換能器超聲發射場強測試；

設計并組裝了一套靜態管路超聲場強測試系統，如圖所示。介質為1.0mol/L的硫酸鋅或選定濃度強酸水溶液。用該系統分別對本設計的超聲波換能器與普通以不銹鋼板發射頭換能器的超聲發射強度進行測試、比較。為了方便表征,選用兩種超聲波換能器的尺寸、發射功率、工作頻率均相同。聲場強度與超聲傳感器測試電信號強度成正比，因此，統一用自制高靈敏度復合振子壓電傳感器測量所得電壓代替聲場強度進行比較分析。

函數信號發生器產生的正弦波經ATA-4011高壓放大器放大后驅動換能器工作。

（3）酸腐蝕測試。

分別配制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,將測試系統中的的硫酸鋅水溶液換成不同酸度的H2SO]、 HCI、HNO3或HF水溶液,然后將超聲波除垢器與超聲波發生器連接,進行為期1個月的試驗。再拆卸超聲波換能器，觀察超聲波換能器發射頭的陶瓷超聲發射頭的腐蝕程度。

實驗結果：

瓷超聲發射頭的聲場強度明顯高于不銹鋼發射板。該現象一方面得益于振動方式的不同，前者的振動節點在支撐位,陶瓷頭端自由度高;而后者通過帶動不銹鋼板振動,自由度小。再者陶瓷超聲發射頭的密度小,剛性大，聲阻抗比不銹鋼小得多,有利于超聲波向鹽水液體傳輸。

結果表明，陶瓷超聲發射頭有利于超聲傳播,隨導波棒粗端凸臺直徑(即有效傳遞面積)增大,超聲傳遞越好。結合有限元軟件分析,將支撐點設計于換能器的振動節點有利于換能器的聲波向液相發射。

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此實驗參考至知網論文《耐強酸腐蝕超聲波換能器》

審核編輯：符乾江