超音波振動子に負荷をかけた際のインピーダンスにつ…

Question

超音波振動子に負荷をかけた際のインピーダンスについて

超音波を水槽中の液に照射する装置を作ろうとしており，先日超音波素子を購入しました。

この素子は初め共振インピーダンスが10Ω程度だったのですが，振動板に取り付けたところ，インピーダンスが100Ω近くまで上昇しました。
その後水槽に取り付け液を入れたところ，さらにインピーダンスが増加し，共振点がなくなってしまいました。

負荷をかけ過ぎてしまったのでしょうか。

また超音波洗浄機など，素子に負荷をかけた状態で駆動させるものは，素子を高いインピーダンスの状態で駆動させているのでしょうか。

Accepted Answer

参考文献
ＣＱ出版　パワーＭＯＳＦＥＴ活用の基礎と実際
第11章38KHz100W超音波発振器の設計
ランジュバン型振動子（電歪型）
回路を理解する事が出来ればかなり参考になると思います。

参考ＨＰ
http://www.nfuture.co.jp/powerpp/tyouonpa.files/frame.htm

自励型は外部の機械的要素（容器の形状、溶液の種類、溶液の量等々）
を含めた回路設計が必要なので回路は簡単でも設計は難しそうですね。
市販の家庭用超音波洗浄器等は上記要素が決まっているので自励式で
安く出来ていると思います。

又、上記文献によれば負荷が掛かればインピーダンスは上昇する様ですので、別段おかしい事はないと思います。
損壊したかどうかは入力した電力・電流で判断するか、初めに立ち返り素の
状態で特性を見るとかすればよいのでは？

Answer

>さらにインピーダンスが増加し，共振点がなくなってしまいました。

共振点がなくなったら振動子は壊れている可能性が高いですね。
インピーダンスが低いということは
それだけ超音波としてエネルギーを出しているということで
インピーダンスが高いままなら、エネルギーは出ていないということです。

>負荷をかけ過ぎてしまったのでしょうか。

負荷をかけ過ぎというより
振動子の固定が甘かったか電力入れ過ぎだと思います。

Answer

小型の安価な洗浄機は自励発振回路を使ってます。

＞共振点がなくなってしまい

では発振しません。

他励にしても過負荷になってると思われ

どのような振動子なのか？＞控えさせていただきます

負荷を減らす方向で、ご自分で悩むしか、、、、

Answer

どこのメーカのどんな形式の振動子をどんな風に使うのか？
http://www.honda-el.co.jp/ceramics/
http://www.ngkntk.co.jp/product/elec/ultrasonic/
http://www.branson-jp.com/products/ultrasonic_cleaner/separate/transducers/
http://www.uthe.co.jp/

そもそも洗浄機用の振動子なのか？
http://www.kaijo.co.jp/technology/usonic/senjo/pfdhddsenjo.html
http://s-sundenshi.com/product/oscillator

完成品の洗浄機では何故ダメなのか？　＜高価だから？
http://www.monotaro.com/p/3573/8841/

Answer

共振インピーダンス測定に際して、周波数をスイープなさっているでしょう
か？

超音波素子単体では、共振点において全く負荷が掛からないので極めて低い
インピーダンスを示すと思います。振動板に取り付けて、水中で評価すれば
大きな負荷が掛かってインピーダンスが上昇することは正常な挙動と思いま
す。

＞また負荷の印加で共振点が無くなることはあるか

無負荷時の共振周波数から“ずれ”が生じるので、
ネットワークアナライザで測定する周波数の幅を広げてみてください。

全く共振特性がみられないほどインピーダンス特性が変化しているなら
その振動子が、水の振動用には適していないことを意味しているかも
しれません。

http://www.nec-tokin.com/product/pdf_dl/atuden_ceramic.pdf

超音波振動子に負荷をかけた際のインピーダンスについて