Расчёты которые подтверждают работоспособность конструкции
Расчеты основных конструктивных элементов
Упругие волны характеризуются скоростью распространения С, длиной волны и частотой
. При этом под длинной волны понимается расстояние между ближайшими частицами, колеблющимися одинаковым образом. Число волн проходящих через данную точку пространства в каждую секунду, определяет частоту ультразвука. Длина волны связана со скоростью ее распространения и частотой колебаний соотношением
Произведем расчеты для волн которые распространяются в трансформаторном масле. Скорость волны в этой среде С=1400мм/с, а частота f=8 имп/сек.
;
Определим частоту f, на которой ведётся контроль:
(МГц)
где λоц – оценочная длина волны.
- скорость волны в топливе.
Рассмотрим процесс прохождения короткого импульса ультразвуковых колебаний в среде. Пьезоэлемент в виде круглого диска диаметром 2a служит одновременно излучателем и приемником ультразвука. При излучении зондирующего импульса в среде возникает ультразвуковое поле излучения, которое имеет вполне определенные пространственные границы и распределение звукового давления внутри пучка. Вблизи от излучателя на участке, называемом ближней зоной, ультразвуковой пучок почти не расходится и имеет цилиндрическую форму. Протяженность r этой зоны равна
где f – Частота колебания волны ультразвука;
С – Скорость распространения ультразвуковой волны.
мм
Потеря энергии dB эхосигнала в среде 1 при отражении от акустической границы со средой 2:
Например: потеря dB при распространении сигнала из воды (Z=1.48) в сталь (Z=45.41) составляет -9.13dB; Это так же справедливо и при прохождении сигнала из стали в воду.
Низшая (основная) собственная частота колеблющейся по толщине свободной пластины соответствует полуволновой толщине
, т.е. равной половине длины волны в ее материале:
Из этой формулы видно что чем выше собственная частота, тем тоньше должна быть пластина.
В нашем случае пластина из цирконата-титаната свинца (ЦТС) скорость =3.3 мм/мкс, поэтому для работы на частоте 2 МГц пластина должна иметь толщину:
мм.
При колебаниях с частотой, большей основной собственной частоты, в пьезоэлементе могут возбудится свободные колебания на высших гармониках, кратных основной частоте.
Плотность и вычисляемое через нее волновое сопротивление
используют в расчетах по согласованию пьезопластины со средой, куда излучается УЗ.
Акустическую добротность (она определяет длительность колебаний после возбуждения) пластины вычисляют по формуле:
где и
- волновые сопротивления сред, контактирующих с пластиной без промежуточных слоев.
Для УЗ контроля наиболее важен Коэффициент двойного преобразования
- отношение амплитуды электрического напряжения принятого сигнала к напряжению возбуждающего преобразователь электрического генератора без
учета промежуточного ослабления Уз в результате затухания и расхождения лучей.
Коэффициент преобразования при излучении – отношение амплитуд возбуждаемых акустических к возбуждающим электрическим колебаниям:
Другие статьи по теме
Теплотехнические расчеты вращающейся печи для обжига цементного клинкера по сухому способу
Создание прогрессивных
технологий с минимальными затратами материальных и энергетических средств –
одна из главнейшихых задач всех отраслей народного хозяйства, в том числе и
строительной индустрии, к которой относится и производ ...
Одноступенчатый цилиндрический редуктор с цепной передачей
Редуктором
называют механизм, состоящий из зубчатых колес или передач, выполненный в виде
отдельного агрегата и служащий для передачи вращения от вала двигателя к валу
рабочей машины.
Назначение
редуктора - ...