Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций...
Историки об Елизавете Петровне: Елизавета попала между двумя встречными культурными течениями, воспитывалась среди новых европейских веяний и преданий...
Топ:
Особенности труда и отдыха в условиях низких температур: К работам при низких температурах на открытом воздухе и в не отапливаемых помещениях допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие...
Марксистская теория происхождения государства: По мнению Маркса и Энгельса, в основе развития общества, происходящих в нем изменений лежит...
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов...
Интересное:
Национальное богатство страны и его составляющие: для оценки элементов национального богатства используются...
Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов: Изучение оползневых явлений, оценка устойчивости склонов и проектирование противооползневых сооружений — актуальнейшие задачи, стоящие перед отечественными...
Мероприятия для защиты от морозного пучения грунтов: Инженерная защита от морозного (криогенного) пучения грунтов необходима для легких малоэтажных зданий и других сооружений...
Дисциплины:
2017-06-09 | 342 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
Ультразвуковые преобразователи основаны на закономерностях взаимодействия звуковых колебаний с веществом. Скорость распространения звуковых колебаний зависит от состава, плотности, температуры вещества, модуля упругости (для твердых тел). Рассеяние и поглощение звука зависит от частоты колебаний, от степени неоднородности среды. При переносе звуковых колебаний движущейся средой наблюдаются релятивистские эффекты.
Скорость распространения звука в идеальном газе
(2.10)
в реальном газе –
(2.11)
где κ=СР/СV – отношение удельной теплоемкости при постоянном давлении к удельной теплоемкости при постоянном объеме; R=8,314 Дж/К×Моль – газовая постоянная; Т – абсолютная температура; М – молекулярный вес; Р – давление газа; В – второй вириальный коэффициент.
Скорость распространения в твердом теле
(2.12)
где Е – модуль упругости; ρ – плотность.
В табл. 2.1 и в табл. 2.2 представлены значения скорости звука С и коэффициенты поглощения α/f 2 при температурах Т и плотностях ρ в жидкостях и газах соответственно, в табл. 2.3 – скорость звука в твердом теле (Е – модуль Юнга; μ – модуль сдвига) [15].
Таблица 2.1
Скорости звука и коэффициенты поглощения при различных
значениях температур и плотностей в жидкостях
Жидкость | Т, °С | ρ, г/см3 | С, м/с | α/f 2×10-17, с2/см |
Ацетон | 0,792 | 7,04 | ||
Бензол | 0,878 | 8,66 | ||
Вода | 0,997 | 8,5 | ||
Гентил | 0,823 | – | ||
Спирт | ||||
метиловый | 0,792 | |||
этиловый | 0,789 | |||
Ртуть | 13,595 | 5,05 | ||
Керосин | 0,825 | – | ||
Кислород | -183,6 | 1,143 | 1,18 | |
-210 | 1,272 | – | ||
Азот | -197 | 0,815 | 1,12 | |
-203 | 0,843 | – | ||
Водород | -252,7 | 0,355 | 5,8 | |
Гелий | -269,1 | 0,125 | 179,8 | |
Натрий | – | – |
Таблица 2.2
|
Скорости звука и коэффициенты поглощения при различных
значениях температур и плотностей в газах
Газы | Т, °С | СР / СV | С, м/с | α/f 2×10-13, с2/см |
Азот | 1,4 | 1,3 | ||
Водород | 1,408 | |||
Воздух | 1,402 | 1,24 | ||
Гелий | 1,66 | 2,96 | ||
Кислород | 1,396 | 1,49 |
Таблица 2.3
Скорость звука в твердом теле
Твердые тела | ρ, г/см3 | Е, кг/мм2 | μ, кг/мм2 | С, м/с, в неограниченной среде при 20°С |
Алюминий | 2,7 | |||
Вольфрам | 19,1 | |||
Железо | 7,8 | |||
Золото | 19,3 | |||
Латунь | 8,1 | |||
Медь | 8,9 | |||
Никель | 8,8 | |||
Платина | 21,4 | |||
Серебро | 10,5 | |||
Кварцевое стекло | 2,6 | |||
Плексиглас | 1,18 |
Могут быть выделены два представительных принципа преобразования звуковых колебаний в датчиках: датчик на основе бегущей ультразвуковой волны и датчики со стоячей ультразвуковой волной.
Датчики на основе бегущей волны в свою очередь могут быть подразделены на следующие разновидности:
Датчики локационного типа – эхолоты, уровнемеры, дефектоскопы. Во всех датчиках этого типа звуковой импульс излучается датчиком, проходит путь до отражающей поверхности (граница раздела жидкости и газа, поверхность дефекта, твердая поверхность) и возвращается обратно в датчик. В эхолотах и уровнемерах по измеренному времени распространения импульса вычисляется расстояние (уровень), в дефектоскопах не только оценивается глубина залегания дефекта, но и могут оцениваться размеры дефекта. В эхолотах и уровнемерах принимаются специальные меры для учета местной скорости звука. В уровнемерах локация осуществляется как через газ, так и через жидкость. Первая группа характеризуется широким диапазоном измерения (до 30 м), сравнительно большой погрешностью (1…3%) и достаточно высокой инерционностью (до 0,2 с). Для снижения потерь, обусловленных затуханием звука в газе, такие уровнемеры работают на низких частотах (несколько десятков кГц).
|
Уровнемеры с локацией через жидкость характеризуются высокой точностью (десятые доли процента), низкой инерционностью (до 10-3 с). В них излучатель целесообразно использовать и как приемник.
Известны реализации уровнемеров, основанные на локации границы раздела сред по волноводам (используются поверхностные ультразвуковые волны, испытывающие отражение на границе раздела сред).
Таким образом, в этих датчиках путь звукового импульса L преобразуется во время распространения импульса tИ при постоянстве скорости звука с=const:
(2.13)
Другая реализация – датчик с фиксированной базой распространения звукового импульса. В этом случае измеряемой величиной является скорость (либо скорость распространения звука в среде, заполняющей фиксированную базу, либо скорости движения среды на фиксированной базе, т.е. объемные расходы).
Принцип бегущей волны используется в ультразвуковых термометрах, основанных на зависимости скорости звука от температуры вещества. При этом звукопроводящей средой могут быть как специальные звукопроводы–термометры, имеющие тепловой контакт с термометрируемой средой, так и сама термометрируемая среда. Известен интерес к такого рода измерителям в ядерной термометрии.
На рис. 2.21 приведена зависимость времени следования импульсов ультразвуковых волн τ от температуры звукопроводов из различных металлов.
(2.14)
Известны три основные модификации расходомеров с перемещением звуковой волны движущейся средой – осевые, угловые и со сносом. Ультразвуковые расходомеры по видам модуляции подразделяются на фазовые, частотно-импульсные и времяимпульсные. Первые две модификации используются наиболее часто.
|
Датчики на основе стоячей звуковой волны содержат резонатор, в котором образуется стоячая волна. Таким резонатором может быть слой газа, жидкости, стержень твердого тела.
При неизменном составе газа в резонаторе скорость звука зависит только от температуры газа. Поэтому такой газовый термометр-резонатор, в котором возбуждаются автоколебания, является абсолютным термометром и может использоваться для измерений от абсолютного нуля вплоть до температур, при которых сохраняется целостность резонатора.
Если в резонаторе меняется состав среды, но неизменной остается температура, то скорость звука становиться функцией состава среды. На этом принципе строятся акустические газоанализаторы.
|
|
Двойное оплодотворение у цветковых растений: Оплодотворение - это процесс слияния мужской и женской половых клеток с образованием зиготы...
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим...
Адаптации растений и животных к жизни в горах: Большое значение для жизни организмов в горах имеют степень расчленения, крутизна и экспозиционные различия склонов...
Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!