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基于单片机的超声波清洗机
基于单片机的超声波清洗机技术
可行性研究报告
编写日期：
2013年12月
一、技术领域及研发必要性分析
1.1技术相关
技术名称：
基于单片机的超声波清洗机技术
持有人：
北京佳和迅洁清洁服务有限公司
1.2基于单片机的超声波清洗机技术的发展现状
目前，由于环境保护的要求，使用清洗剂逐渐成为众多厂家的首选，这就需要与超声清洗配合才能取得更好的效果。
近10年来，超声波清洗设备正在朝两个方面发展。
其一是，各种类型的多缸或传动链式或升降式超声清洗生产线相继面市；其二是，低频超声波清洗机向高频超声波清洗机的发展。
在美国、日本、欧洲以及亚太市场上，多缸式超声波清洗设备总量已呈明显上升之势，高达总量的50％，而多工位半自动、全自动传动链式或升降式超声波清洗线体设备也已上升到总量的40％以上。
我国超声波清洗技术的应用已经取得了较好的成效。
一是机械零部件在电镀前后的清洗或喷涂前的清洗，拆修零部件的清洗，要求高清洗度，如油泵油嘴偶件、轴承、制动器、燃油过滤器、阀门的清洗。
二是印制电路板、硅片、晶片、元器件壳、座、铁路系统用的信号控制继电器、元器件、连接件、显像管以及电真空器件等的清洗。
三是眼镜、显微镜、望远镜、瞄准具等光学系统及取样玻璃片的清洗。
四是医用器具、食品、制药、生化等试验中所用各种瓶罐的清洗。
五是喷丝头、精密模具、精密橡胶件、珠宝工艺品等的清洗。
1.3技术必要性分析
超声波清洗的原理，在理论要加以阐述是比较复杂的，里面牵涉许多因素和作用，可以体现超声波清洗作用的主要有以下三点。
（1）空穴作用
当强力的超声波辐射到液体中，清洗液以静压（一个标准气压）为中心进行变化，在压力到零气压以下时，溶解在液体中的氧会形成微小气泡核，进而产生无数近似真空的微小空洞（空穴）。
超声波的正压力时的微小空洞，在绝热压缩状态被挤碎，这个发生在挤碎瞬间的强力冲击波，可直接破坏污染物并使之分散在液中，形成清洗机理。
试验中这种强力的清洗作用，能在数十秒内对铝箔侵蚀成无数的小孔。
（2）加速度
清洗液体经超声波辐射，液体分子发生振动，这种振动加速度在28kHz时是重力加速度的103倍，在950kHz时将达到105倍，由这个强力加速度可以对受污物的表面实行剥离清洗。
然而，950kHz的超声波不产生空穴，不适应去油污的清洗，只能在电子工业的半导体制造中，对亚微米粒子的污染进行清洗。
（3）物理化学反应的促进作用
由空穴作用使液体局部发生高温高压（1000气压，5500℃），再经振动产生的搅拌，促使发生化学或物理作用，液体不断地乳化分散，进一步促进化学反应的速率。
二、内容与可行性分析
2.1技术基本原理
超声清洗是利用超声波在清洗液中的空化作用、加速度作用及直进流作用，产生的冲击，将浸没在清洗液中的工件内外表面的污物震落剥离下来。
目前常用的超声波清洗机中，以空化作用和直进流作用为主。
超声波清洗机主要应用于电子、光学和医疗领域，用来清洗半导体器件、印制电路板玻璃器具等超声波清洗机由超声波发生器、超声波换能器、超声清洗槽及控制电路组成。
超声波清洗机主要利用超声波发生器产生超声波信号并传入超声波换能器，超声波换能器将超声波电能转换为高频机械振动并传入清洗液中，在清洗液中产生空化作用，从而达到超声波清洗的目的。
超声波清洗机控制的关键是频率跟踪，也就是使超声波电源输出频率和换能器频率一致，这样才能形成共振，使换能器处于最佳工作状态，清洗效果最好。
目前，常用的频率跟踪技术采用锁相环方式，该方法简单易实现，跟踪效果好，但功能单一。
本文采用单片机实现全数字控制，以便于设置相关参数。
该机的主要功能有频率自动跟踪、功率调节、振荡工作方式、扫描工作方式、定时功能。
超声波是一种超过人类听力频率范围的声波，具有频率高、方向性准、穿透能力强等特点，广泛应用于清洗、距离测量、医学等领域。
超声清洗始于20世纪50年代初，开始主要用于电子、光学和医药等领域，作为一项实用性很强的技术，其应用场所广泛，涉及到大的机械零部件，小半导体器件的清洗等，常常称作“无刷清洗”。
超声波清洗的主要特点是速度快、效果好、容易实现工业控制等针对复杂工件表面，如空穴、凹凸处，普通清洗方法很难实现，而采用超声波就可以获得很好的效果。
随着声化学的出现与应用，再配合使用适当的溶液，调节清洗液酸碱度等，清洗效果更好。
2.1.1超声波清洗的原理和特点
超声波清洗的换能器将超声频电能转换成机械振动并通过清洗槽壁向盛在槽中的清洗液辐射超声波。
存在于液体中的微气泡（称为空化核）在声波的作用下振动，当声压或声强达到一定值时，气泡迅速增长，然后突然闭合。
在气泡闭合时，产生冲击波，在气泡周围产生很大的压力及局部高温，这种物理现象称为超声空化。
空化所产生的巨大压力能破坏不溶性污物而使它们分散于溶液中。
蒸汽型空化对污垢层的直接反复冲击，一方面破坏污物与清洗件表面的吸附，另一方面也会引起污物层的疲劳破坏而脱离。
气体型气泡的振动对固体表面进行擦洗，污层一旦有缝可钻，气泡还能“钻入”裂缝作振动，使污垢脱落。
由于空化作用，两种液体在界面迅速分散而乳化，当固体粒子被油污裹着而附在清洗件表面时，油被乳化，固体粒子自行脱落。
超声在清洗液中传播时会产生正负交变的声压，冲击清洗件，同时由于非线性效应会产生声流和微声流，而超声空化在固体和液体界面上会产生高速的微声流，所有这些作用能够破坏污物，除去或削弱边界污层，增加搅拌、扩散作用，加速可溶性污物的溶解，强化化学清洗剂的清洗作用。
由此可见，凡是液体能浸到声场存在的地方都有清洗作用，而且清洗速度快、质量高，特别适合于清洗件表面形状复杂，如空穴、狭缝等的细致清洗，易于实现清洗自动化。
对一般的除油、防锈、磷化等工艺过程，在超声波作用下只需两三分钟即可完成，其速度比传统方法可提高几倍到几十倍，清洁度也达到高标准。
在某些场合下可以用水剂代替有机溶剂进行清洗，或降低酸碱的浓度。
对于一些有损人体健康的清洗，如清洗放射性污物可以实现遥控和自动化清洗。
超声清洗也有其局限性，例如对声波反射强的材料如金属、陶瓷和玻璃等清洗效果好，而对声波吸收大的材料如布料、橡胶以及粘度大的污物清洗效果差。
2.1.2超声波清洗机的结构和参数设定
（1）超声波清洗机结构设计
超声波清洗机主要由超声波发生器、超声换能器和清洗槽组成。
超声波发生器将50Hz的交流电转换成超声频电振荡信号后，通过电缆输送给超声换能器。
清洗槽是盛放清洗液和被清洗零部件的容器。
（2）参数设定
为了实现超声波清洗的高效率，应当选择最佳的声强、频率及清洗槽声场分布等参数。
工作频率选在20—50kHz之间。
低频声波的空化气泡大、数量少，易于清洗较粗糙物品。
高频声波空化气泡小、数量多，易于清洗精细且形状复杂的物品。
本超声波清洗机用于清洗较粗糙的生活用具，所以采用低频20kHz。
清洗液采用碳氢清洗液，碳氢清洗液具有以下特点：
清洗性能好，蒸发损失小，无毒，材料相容性好，不破坏环境，价格便宜。
2.2技术内容
按照设计要求，超声波清洗机系统的硬件电路主要包括超声波发射电路，超声波接收电路，换能电路和键盘控制电路等，各模块有它特定的功能，这些电路性能的好坏直接影响系统的稳定性。
2.2.1单片机外围电路设计
2.2.1.1单片机设计方案比较
单片机的选择有多种方案可供参考，例如AVR单片机、TI公司单片机、STC单片机、PIC单片机和51系列单片机。
因此我在在单片机外围电路设计前对各种单片机方案进行了比较：
（1）AVR单片机
AVR单片机由ATMEL公司挪威设计中心的A先生与V先生利用ATMEL公司的Flash新技术,共同研发出RISC精简指令集的高速8位单片机。
其特点是：
简单易学，AVR程序写入是直接在电路板上进行程序修改、烧录等操作，这样便于产品升级；费用低廉，高速，低耗，I/O口功能强,具有A/D转换等电路，有功能强大的定时器/计数器及通讯接口。
（2）TI公司单片机
德州仪器提供了TMS370和MSP430两大系列通用单片机。
TMS370系列单片机是8位CMOS单片机，具有多种存储模式、多种外围接口模式，适用于复杂的实时控制场合；MSP430系列单片机是一种超低功耗、功能集成度较高的16位低功耗单片机，特别适用于要求功耗低的场合。
（3）STC单片机
STC公司的单片机主要是基于8051内核，是新一代增强型单片机，指令代码完全兼容传统8051，速度快8~12倍，带ADC，4路PWM，双串口，有全球唯一ID号，加密性好，抗干扰能力强。
（4）PIC单片机
是MICROCHIP公司的产品，其突出的特点是体积小，功耗低，精简指令集，抗干扰性好，可靠性高，有较强的模拟接口，代码保密性好，大部分芯片有其兼容的FLASH程序存储器的芯片。
（5）51系列单片机
51些列单片机是在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多功能I/O等一台计算机所需要的基本功能部件。
掌握起来比较简单，且成本低，可靠性高。
综上所述，选择51系列的单片机是最符合实际需求的，实验方便，且数据处理量不是很大，所以，本次设计选定以51系列单片机为控制核心的STC89C52单片机来进行。
2.2.1.2STC89C52单片机的特点
STC89C52是51系列单片机的一个型号，它是STC公司生产的。
STC89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用STC公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的STC89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合[1]。
STC89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，STC89C52可以按照常规方法进行编程。
其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
主要功能特性:
1.兼容MCS51指令系统8k可反复擦写（>1000次）FlashROM
2.32个双向I/O口,256x8bit内部RAM
3.3个16位可编程定时/计数器中断,时钟频率0-24MHz
4.2个串行中断,可编程UART串行通道
5.2个外部中断源,共8个中断源
6.2个读写中断口线,3级加密位
7.低功耗空闲和掉电模式,软件设置睡眠和唤醒功能
STC89C52各引脚功能及管脚电压如图2.1所示
图2.1STC89C52引脚图
概述：
STC89C52为40脚双列直插封装8位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。
功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。
主要管脚有：
XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz晶振。
RST/Vpd（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。
VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。
P0~P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0端口（32~39脚）被定义为N1功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13脚定义为IR输入端，10脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12脚、27脚及28脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。
P0口:
P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。
作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。
在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。
在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。
P1口:
P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。
作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。
P2口:
P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。
P3口:
P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。
P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。
此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。
RST:
复位输入。
当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。
XTAL1:
振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。
XTAL2:
振荡器反相放大器的输出端。
特殊功能寄存器:
在STC89C52片内存储器中，80H-FFH共128个单元为特殊功能寄存器（SFE）。
数据存储器:
STC89C52有256个字节的内部RAM，80H-FFH高128个字节与特殊功能寄存器（SFR）地址是重叠的，也就是高128字节的RAM和特殊功能寄存器的地址是相同的，但物理上它们是分开的。
波特率发生器:
当T2CON中的TCLK和RCLK置位时，定时/计数器2作为波特率发生器使用。
如果定时/计数器2作为发送器或接收器，其发送和接收的波特率可以是不同的，定时器1用于其它功能，其引脚与第二功能如下。
表2.1STC89C52P3口的第二功能
引脚
第2功能
P3.0
RXD（串行口输入端）
P3.1
TXD（串行口输出端）
P3.2
INT0（外部中断0请求输入端，低电平有效）
P3.3
INT1（外部中断1请求输入端，低电平有效）
P3.4
T0（定时器/记时器0计数脉冲输入端）
P3.5
T1（定时器/记时器1计数脉冲输入端）
P3.6
WR（外部数据存储器写选通信号输出端，低电平有效）
P3.7
RD（外部数据存储器读选通信号输出端，低电平有效）
STC89C52的程序存储器阵列是采用字节写入方式编程的，每次写入一个字节，要对整个芯片内的PEROM程序存储器写入一个非空字节，必须使用片擦除的方式将整个存储器的内容清除。
2.2.1.3显示与键盘电路的设计
显示器是一个典型的输出设备，而且其应用是极为广泛的，几乎所有的电子产品都要使用显示器，其差别仅在于显示器的结构类型不同而已。
最简单最直观的显示器可以使用LED发光二极管，而复杂的比较完整的显示器应该是CRT监视器或者屏幕较大的LCD液晶屏。
LCD技术是把液晶灌入两个列有细槽的平面之间。
这两个平面上的槽互相垂直（相交成90度）。
也就是说，若一个平面上的分子南北向排列，则另一平面上的分子东西向排列，而位于两个平面之间的分子被强迫进入一种90度扭转的状态。
由于光线顺着分子的排列方向传播，所以光线经过液晶时也被扭转90度。
但当液晶上加一个电压时，分子便会重新垂直排列，使光线能直射出去，而不发生任何扭转。
LCD是依赖极化滤光器（片）和光线本身。
自然光线是朝四面八方随机发散的。
极化滤光器实际是一系列越来越细的平行线。
这些线形成一张网，阻断不与这些线平行的所有光线。
极化滤光器的线正好与第一个垂直，所以能完全阻断那些已经极化的光线。
只有两个滤光器的线完全平行，或者光线本身已扭转到与第二个极化滤光器相匹配，光线才得以穿透。
LCD正是由这样两个相互垂直的极化滤光器构成，所以在正常情况下应该阻断所有试图穿透的光线。
但是，由于两个滤光器之间充满了扭曲液晶，所以在光线穿出第一个滤光器后，会被液晶分子扭转90度，最后从第二个滤光器中穿出。
另一方面，若为液晶加一个电压，分子又会重新排列并完全平行，使光线不再扭转，所以正好被第二个滤光器挡住。
总之，加电将光线阻断，不加电则使光线射出。
显示电路如图2.2所示。
图2.2LCD显示电路连接图
在外围的键盘控制电路中，设置了四个独立按键，分别与单片机的P3.4~P3.7相连，当按下S1时，启动超声波发射，开始机器；当按下S2时，停止发射超声波，即停止机器；S3为报警开关，当清洗过快时，蜂鸣器电路发出警告，此时按下S3键，即可停止报警，S4为预留出来的按键，当需要的时候可以实行编程控制。
电路设计如图2.3所示。
图2.3键盘控制电路
2.2.2超声波发生器的选择
超声波发生器也称作超声电源，它是一种用以产生超声频电能并向超声换能器提供的装置。
按照所采用的工作原理，可以把超声波发生器分为模拟电路和数字电路两大类。
模拟电路超声波发生器又分为振荡一放大型和逆变型两种。
本设计采用振荡一放大型超声波发生器，其结构框图如图3.4所示。
它是一个带有振荡电路的放大器，由振荡、放大、匹配电路和电源组成。
振荡器产生一定频率的信号，放大器将其放大到一定的功率输出。
达到最佳负载值，通过输出变压器进行阻抗匹配，并通过功放输出。
振荡条件：
从结构上看，正弦波振荡器就是一个没有输入信号的、带选频网络的正反馈放大器。
表示接正反馈时放大器在输入信号显示时的输出。
可知，如果在放大器输入端1外接一定频率，一定幅度的正弦波信号Xa，经过基本放大器和反馈网络所构成的环路输出后，在反馈网络的输出端2得到反馈信号Xf与Xa在大小和相位上都一致，则可以除去外接信号Xa，将1、2两端连接在一起（如图中虚线所示）而形成闭环系统，其输出端可继续维持与开环时一样的输入信号。
和
+
=2n
n=0,1,2,3……相位平衡条件（2.1）
这是正弦波振荡器产生持续振荡的必要条件。
振荡器的振荡频率是由相位平衡条件决定的。
一个正弦波振荡器只在某一个频率下满足相位平衡条件，这个频率就是f0,这就是要求在
环路中包含一个具有选频特性的网络。
它可以设置在放大器A中，也可以设置在反馈网络F中，它可以用R、C元件组成，也可以用L、C元件组成。
欲使振荡器能自行建立振荡，就必须满足
＞1的条件。
这样在接通电源后，振荡器就可以自行起振，最后趋于稳态平衡。
2.2.3超声波振荡器设计
由于TL494价格便宜而且性能优越，设计采用由开关稳压块TL494构成的振荡器。
将TL494的5脚（CT）和6脚（RT）接定时元件电阻R和电容C，即可起振。
如图2.4所示。
图2.4TL494的引脚图
由于频率选为20kHz由上公式得RC=0.5958×
振荡器输出方波的占空比是换能器产生的超声波强度的决定因素。
通过给TL494的4脚加以一定的直流电压就可实现占空比调整。
定时元件由电容C、电阻R1和电位器R2构成，调节电位器R2即可实现频率的调整。
本机供电电源为12V，采用的是推挽工作方式。
电阻R3（10kΩ）和电位器R4（10kΩ）构成分压电路，死区时间控制端的电位应界于2．5～5V之间。
调节电位器R4亦可实现超声波的强度调节。
（1）超声波放大器的选择
超声波放大器的作用是将振荡信号放大至所需电平。
放大部分可以是单级的，也可以是多级的，主要看输出功率的需要。
早期的超声波发生器使用电子管做放大器件，现在则普遍采用晶体管（三极管、场效应管和IBGT器件）。
近年来越来越多的厂家采用功率集成电路做超声波发生器的放大器件。
目前工业上广泛使用的超声波发生器基本上被晶体管电路垄断。
与电子管发生器相比，晶体管发生器的优点在于体积小、重量轻、效率高。
但从另一方面讲由于受到方向击穿电压、最大集电极电流、最大集电极耗散功率参数的限制，通常一对晶体管的最大输出功率只能达到百瓦级。
要提高晶体管发生器的输出能力，除了有赖于搞性能器件外，还必须采用高效率的电路。
传统的甲类、乙类、丙类放大器是把有源器件作为电流源工作。
在这些放大器中，晶体管工作在伏安特性曲线的有源区。
集电极电流受基极激励信号控制作相应变化。
（2）低压驱动电路
本机采用高压小电流功放电路，由两只三极管和耦合变压器构成。
为了避免两只功放管同时导通，导致内部功耗增加，两管的导通时间必须错开，使它们在交替工作时有一段同时截止的时间。
为此，三极管P1和P2对振荡器的输出作反相处理，三极管选用PNP型的8550。
低压驱动电路所用的电源是直流12V，而功放电路的电源是交流220V，在三极管后加入一个耦合变压器，完成高低压隔离的任务。
（3）功放匹配电路功放电路
电路由两个VMOS功率场效应管2SK791构成。
具有线性度高、频率响应好、开关速度快等优点，是理想的开关元件。
但其关断特性在电流小时并不理想，下降沿有拖尾。
2.2.4高频驱动和匹配电路
超声发生器与一般放大器的一个重要区别在于它的匹配电路部分。
一般放大器与负载之间的匹配只牵涉到阻抗变换，而超声波发生器与负载之间的匹配则除了阻抗变换之外，还有一项很重要的内容—调谐，即选用一定值的阻抗元件，使之在工作频率上与负载中的电抗成分谐振。
只有在同时进行了阻抗变换和调谐之后，整个系统才算是达到了匹配，换能器才能正常工作.
超声波清洗机中的匹配电路是将发生器输出的电能送往换能器的通道。
匹配电路虽然结构简单（通常只有一个匹配电感），却具有重要作用。
相同型号的清洗机，匹配调得好的清洗效果好；匹配调得差的则清洗效果差。
对同一台机器而言，如果工作一段时间后清洗效果变差，或者换能器经过更换，都需要重新调整匹配。
与一般电子设备的匹配有所不同，超声清洗机的匹配除了要解决变阻问题（即变换负载的阻值，使之与发生器的最佳负载值相等）外，还要解决调谐问题，即用匹配电感的感抗抵消换能器的容抗，使换能器呈纯阻性。
技术人员通常是根据各自的经验进行匹配。
例如，有人在改变清洗槽水位时观察电流的变化，如果电流变化处于一定范围之内，同时管子不发热，空化声强，便认为匹配已调好。
也有人让机器空载时稍，微呈电感性，而在加载后转变为纯阻状态。
这些经验都是适用的。
但在已有经验的基础上，再掌握匹配的原理，就可以在匹配时有的放矢，更加主动，从而收到事半功倍的效果。
其驱动电路如图2.5所示。
图2.5清洗机的高频驱动电路
2.2.5超声波换能器设计
用于超声清洗的换能器有两种类型．一是磁致伸缩换能器，另一种是压电换能器，磁致伸缩换能器这种换能器的电声效率比较低．而且金属镍材料价格昂贵，制造工艺复杂，所以目前很少采用。
还有一种用铁氧体材料做成的磁敛伸缩换能器，虽然其电声效率比较高，但机械强度低，所能承受的电功率容量小，因而目前我国也很少应用目前我国主要采用压电换能器，因为这种换能器的电声转换效率高，原材料价格便宜，而且便于制造不同的结构，以适应不同的清洗要求。
压电换能器又有很多种如圆柱形、喇叭形等。
经过对比最后确定选用喇叭形夹心压电换能器作为此次的换能器。
换能器是用来进行能量转换的器件，是将一种形式的能量转换为另一种形式的能量的装置。
在声学研究领域中，换能器主要是指电声换能器，它能实现电能和声能之间的转换。
（2.2）
（2.3）
且
，
阻抗的反变换为
（2.4）
节面
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