JIS C 6790:2022 ボルト締めランジュバン型超音波振動子の電力計法による負荷試験方法 | ページ 2

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5 測定方法

5.1 測定項目

  無負荷時における振動子の入力電力(Wen)及び負荷時における振動子の入力電力(Wel)を測定する。

5.2 測定場所の温度及び湿度

  測定場所の温度は,(23±5)℃で,湿度は,(65±20)%とする。

5.3 測定における配慮事項

  測定における配慮事項を,次に示す。
− 振動子と高周波電源との間に,力率補正回路を接続して力率の改善を行う。
− 振動子に流れる電流が正弦波形であることをオシロスコープなどで確認する。
− 水槽内の水温は,5.2に規定した測定場所の温度とすることが望ましい。
− 振動子の振動面の振動変位振幅を直接測定できない場合は,振動面及び振動面の対面の振幅を同時に
    測定し,比例関係となっていることを確認し,対面の振幅から振動面の振幅を算出する。
− 超音波放射体を水に浸したとき,振動子に印加される電圧と電流との位相差が電力計の測定可能範囲
    以内であることを確認する。
− 測定中,周囲温度の変化で測定値に影響が出ないように,できる限り短時間で測定する。
− 測定中,水温の変化ができるだけないように,十分な容量の水槽を使用する。
− 測定中,振動子及び超音波放射体の温度変化による影響を避けるため,できる限り短時間で測定する。

5.4 無負荷時における振動子の入力電力測定

5.4.1 一般事項
  無負荷時における振動子の振動変位振幅に対する入力電力を測定する場合は,振動子の振動変位振幅が
常に一定となるように注意する。
5.4.2 測定回路
  測定回路の例を,図1に示す。
                       図1−無負荷時における振動子の入力電力測定回路の例

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5.4.3 測定方法
  測定方法は,次による。
a) 高周波電源の周波数は,振動子の目的とする縦振動の共振周波数に設定する。
b) 高周波電源の出力は,振動子の振動変位振幅(ξ)が,指定した値になるように調整する。
c) 振動子の無負荷時の端子電圧(実効値 Vn)及び入力電力(Wen)を測定する。

5.5 負荷時における振動子の入力電力測定

5.5.1 一般事項
  負荷時における振動子の振動変位振幅に対する入力電力を測定する場合は,振動子の振動変位振幅が常
に一定となるように注意する。
  振動子の動作状態の変化を把握する場合は,音響負荷の大きさを変えて測定する。
5.5.2 測定回路
  測定回路の例を,図2に示す。
                        図2−負荷時における振動子の入力電力測定回路の例
5.5.3 測定方法
  測定方法は,次による。
a) 放射温度計などを用いて,測定の開始時及び終了時に振動子の圧電素子中央付近の表面温度を測定す
    る。
b) 水温は,棒状温度計などを用いて測定する。
c) 振動子に振動伝送体を介して超音波放射体を接続し,その先端を水槽に入れた水に浸し音響負荷を加
    える。振動子,振動伝送体及び超音波放射体を保持する場合は,振動伝送体の非振動部である縦振動

――――― [JIS C 6790 pdf 7] ―――――

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    の節の位置で支持する。
d) 振動子の動作状態の変化を把握する場合は,超音波放射体の水に浸す深さを変え,音響負荷の大きさ
    を変化させて測定を行う。
e) 高周波電源の周波数は,目的とする縦振動の共振周波数に設定する。
f) 高周波電源の出力は,振動子の振動変位振幅が5.4.3 b) と同じ値になるように調整する。
g) 振動子の負荷時の端子電圧(実効値 Vl)及び入力電力(Wel)を測定する。

6 特性の算出

6.1 算出項目

  次の項目について,算出する。
− 無負荷時の制動損失(Wdn)(6.2参照)
− 負荷時の制動損失(Wd1)(6.2参照)
− 内部機械振動損失(Wm)(6.3参照)
− 音響出力(Wa)(6.4参照)
− 機械負荷抵抗(r)(6.5参照)
− 電気音響変換効率(ηea)(6.6参照)

6.2 制動損失

  無負荷時の制動損失(Wdn)及び負荷時の制動損失(Wdl)は,角周波数[ω(rad/s)],誘電正接tan δ,静
電容量[C(F)],端子電圧[V(V)]及び周波数[f(Hz)],から次のように求める。
  誘電正接(tan δ)及び静電容量(C)は,振動子の仕様書(以下,仕様書という。)に記載している数値,
インピーダンスアナライザ,LCRメータなどによる測定値である。仕様書に記載している数値を用いた場
合は,仕様書に記載している端子電圧及び周波数を記録する。インピーダンスアナライザ,LCRメータな
どによる測定値を用いた場合は,測定時の端子電圧及び周波数を記録する。
a) 無負荷時の制動損失(Wdn)は,5.4.3の測定で得た無負荷時の端子電圧及び周波数の値を用い,式(1)
    によって求める。
                        Wdn=ω×C×Vn2×tan δ=2πf ×C×Vn2×tan δ (1)
b) 負荷時の制動損失(Wdl)は,5.5.3の測定で得た各音響負荷における負荷時の端子電圧及び周波数の値
    を用い,式(2)によって求める。
                        Wd1=ω×C×Vl2×tan δ=2πf ×C×Vl2×tan δ (2)

6.3 振動子の内部機械振動損失

  振動子の内部機械振動損失(Wm)は,振動変位振幅が同じであれば,無負荷時及び負荷時の値は同じと
みなせる。そこで,振動子の内部機械振動損失(Wm)を,6.2 a) によって求めた無負荷時の制動損失(Wdn)
及び5.4.3によって測定した無負荷時における振動子の入力電力(Wen)から導き,式(3)によって求める。
                        Wm=Wen−Wdn (3)

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6.4 音響出力

  振動子の音響出力(Wa)は,5.5.3によって測定した各音響負荷に応じた負荷時における振動子の入力電
力(Wel),6.2 b)によって求めた各音響負荷に応じた負荷時の制動損失(Wdl)及び6.3によって求めた内部
機械振動損失(Wm)から導き,式(4)によって求める。
                        Wa=Wel−Wdl−Wm (4)

6.5 機械負荷抵抗

  機械負荷抵抗(r)は,振動速度(v)及び6.4によって求めた各音響負荷に応じた音響出力(Wa)から導
き,式(5)によって求める。
                             Wa
                         r      2

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  振動速度(v)は,5.4.3で指定した振動変位振幅(ξ)及び測定時に使用した周波数(f)から導き,式(6)
によって求める。
                        v=ξ×ω=ξ×2π×f (6)

6.6 電気音響変換効率

  電気音響変換効率(ηea)は,6.4によって求めた各音響負荷に応じた音響出力(Wa)及び5.5.3によって
測定した各音響負荷に応じた負荷時の入力電力(Wel)から導き,式(7)によって求める。
                        ηea=Wa
                            Wel×100      (7)

7 試験結果

  試験結果は,次の事項を記録する。
− 測定器の形式及び番号
− 試験開始時及び試験終了時の測定場所の温度,水温及び振動子の表面温度
− 共振周波数,振動変位振幅,振動子の端子電圧及び入力電力
− 制動損失,内部機械振動損失,音響出力,機械負荷抵抗及び電気音響変換効率
  また,箇条8に記載の特性図を含めることが望ましい。

8 特性図

8.1 一般事項

  振動子の動作状態の変化を把握するために,音響出力−機械負荷抵抗及び電気音響変換効率−機械負荷
抵抗の特性図を作成することが望ましい。

8.2 音響出力-機械負荷抵抗の特性図

  6.4によって求めた音響出力(Wa)及び6.5によって求めた機械負荷抵抗(r)を用いて,特性図を作成

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する(図3参照)。
                            図3−音響出力−機械負荷抵抗の特性図の例

8.3 電気音響変換効率-機械負荷抵抗の特性図

  6.5によって求めた機械負荷抵抗(r)及び6.6によって求めた電気音響変換効率(ηea)を用いて,特性
図を作成する(図4参照)。
                        図4−電気音響変換効率−機械負荷抵抗の特性図の例

――――― [JIS C 6790 pdf 10] ―――――

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