超声水表是电子水表中最具推广价值的水表之一，而压电换能器则是超声水表中的关键核心部件，它的性能优劣决定了超声水表工作的稳定与可靠。
超声波频率是超声水表与换能器设计时必须共同面对的重要技术参数，考虑到超声水表中同一换能器承担着发射和接收超声波的双重功能，因此需要在兼顾发射与接收两方面性能的同时，理性选择工作频率与相关参数值，确保超声水表计量性能和长期工作可靠性符合标准的要求。正确理解和掌握超声换能器在不同工作频率下运行时的特性，用科学方法合理选择换能器工作频率，是设计高性能超声水表的重要环节之一。
1 换能器工作原理与主要特性
超声水表换能器通常采用压电陶瓷材料作“电-机-声”转换元件，在阻抗匹配和背衬材料共同作用下，可以完成超声波的发射、传输与接收等任务。当前，压电陶瓷元件几乎都采用薄圆片厚度伸缩振动模式进行工作。压电换能器的内部结构通常是由薄圆片压电元件、表面覆盖银层(电极面)、阻抗匹配层、背衬吸收层和换能器外壳等构成。
2 换能器工作频率选用准则
超声波在水中传播时会发生衰减，其强度会随传播距离增加而下降。影响衰减的主要原因是超声波在介质中传播时存在着吸收、散射和扩散等效应，并以吸收和散射为主。当分别采用1 MHz 和4 MHz 频率的激励信号用于相应固有频率的发射换能器时，根据式，1 MHz 频率超声波在水中的衰减量约为 4 MHz 频率超声波的1 /16。换句话说，在同样传播距离下，4 MHz 频率换能器接收到超声波信号的幅值是 1 MHz 频率时的 1 /16。
3 衰减特性
上文已经提到，超声波在水介质中传播时会发生显著地衰减，且工作频率越高其衰减程度越严重;同时，在接收同样发射强度的超声波信号时，4 MHz换能器接收到的信号幅值将是 1 MHz 换能器的 1 /16。在大口径水表应用中，两换能器之间的声距会大大增加，因此超声波信号传输的衰减问题就会更加凸显。
4 脉冲数
根据上文分析，提高换能器工作频率，可以在较短的脉冲持续时间内获得较多的脉冲周期数，便于用较多的过零检测点通过求平均的方法获得换能器较稳定的接收信号时间终止点。
5 频率漂移影响
换能器工作频率变化会导致接收信号时间终止点发生改变，进而会影响超声水表测量结果的准确性。红色细实线反映了因工作频率漂移使接收信号时间终止点(即过零检测点)发生 δ 位移量。因此，在相同量值的频率变化影响下，如采用较高频率换能
器，其频率影响量就会显著减少。可以作出粗略判断，4 MHz 工作频率换能器的影响程度约为 1 MHz 频率影响程度的 1 /4。
6 结语
综上所述，超声水表换能器工作频率的选用与超声水表的性能密切相关。在设计超声水表时，应综合考虑工作频率对超声水表各相关方面的影响。当超声水表公称通径比较大(如大于 DN200)的情况下，建议选用较低的换能器工作频率 ，这样可以使超声波传播距离增加，减少超声波发射(激励)功率;对中小公称通径的超声水表，可以考虑选用较高的换能器工作频率( 如 4 MHz) ，便于较准确地控制好超声波接收时间终止点，提高超声水表测量重复性，减少测量误差，降低换能器制造成本等。
