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中級(jí)會(huì)員 | 第6年

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品質(zhì)因數(shù)Q 簡(jiǎn)介

時(shí)間:2021/10/18閱讀:5397
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品質(zhì)因數(shù)Q,也被稱品質(zhì)因素,表征一個(gè)儲(chǔ)能器件(如電感線圈、電容等)、諧振電路所儲(chǔ)能量同每周損耗能量之比的一種質(zhì)量指標(biāo),元件的Q值愈大,用該元件組成的電路或網(wǎng)絡(luò)的選擇性愈佳。

品質(zhì)因數(shù)Q是一種將總存儲(chǔ)能量與耗散能量(損耗)相關(guān)聯(lián)的屬性-

Q=2π[總存儲(chǔ)能量每循環(huán)消耗的能量]

“每個(gè)周期耗散的能量”是維持固定量的振動(dòng)所需的外部能量(功)。如果分子和分母乘以頻率f(周期/秒),分母變成“能量耗散/秒”(即功率),因此上述方程也可以寫成- Q沒(méi)有單位

Q=2πf[總存儲(chǔ)能量功率]

可以為任何系統(tǒng)(電氣,機(jī)械等)或系統(tǒng)的任何單個(gè)組件或部分確定Q。注意,對(duì)于系統(tǒng)(即,沒(méi)有能量耗散),Q是無(wú)限的。

共振系統(tǒng)

對(duì)于自由振蕩的諧振系統(tǒng),Q表示振蕩由于能量損耗而衰減的速率。較高Q值表示衰減相對(duì)較慢(圖1的示例),而較低Q值表示相對(duì)較快的衰減。

系統(tǒng)高品質(zhì)因數(shù)Q值(衰減慢)
系統(tǒng)高Q值(衰減慢)
系統(tǒng)低品質(zhì)因數(shù)Q值(衰減快)
系統(tǒng)低Q值(衰減快)

在超聲系統(tǒng)中,能量損失可能來(lái)自振動(dòng)材料內(nèi)部的內(nèi)部摩擦(隨著溫度的升高而出現(xiàn)),傳遞給支撐結(jié)構(gòu)或空氣的能量或傳遞給負(fù)載的能量。另外,換能器將由于電流而具有電(電阻)損耗。

非共振系統(tǒng)

盡管Q通常用于諧振系統(tǒng),但這不是必需的。 實(shí)際上,等式(1)和(2)可以等效地應(yīng)用于非諧振系統(tǒng),尤其是電容器和電感器。

非理想電容器(即損耗電容器)可以表示為與電阻RC串聯(lián)的理想電容器C。

對(duì)于電容器-

Q=RC(1/2πfC)=R(2πfC)

對(duì)于電感器-

Q=RL(2πfL)

字幕分別代表

RC =電容器的等效電阻
RL =電感的等效電阻
C =電容
L =電感
f =頻率

諧振器材料Q值

對(duì)于用于超聲諧振器的材料,相關(guān)因素。

Q值是一種材料特性(類似于彈性模量)。但是,必須標(biāo)定測(cè)試條件,因?yàn)镼可能取決于:

  • 材料的熱處理。例如,D2工具鋼在硬化后損耗(功率)明顯降低,因此Q值更高。

  • 零件所受的應(yīng)變。通常Q值會(huì)隨著應(yīng)變的增加而減小,但這取決于材料的特定。

Q值通常與頻率無(wú)關(guān)。

用于壓電陶瓷 Q值取決于操作條件(靜態(tài)壓縮,電場(chǎng),溫度等)。

如果已知材料的Q值,則可以根據(jù)公式以下確定存儲(chǔ)的能量(勢(shì)能(應(yīng)變能)或動(dòng)能),可以計(jì)算出諧振器的理論功率—

Power=2πf[Energy storedQ]


 

 

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