лаб4dz (Некоторые лабы по акустике)

МЭИ

(ТУ)

Кафедра ЭИ

Лабораторная работа №4

ИССЛЕДОВАНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ

(домашнее задание).

Выполнил студент группы А-15-0.

2005г.

Цель работы

1.Ознакомление с методикой .определения толщины контролируемого изделия с помощью ультразвука.

2. Овладение навыками работы с резонансными ультразвуковыми толщиномерами ТУК-4В, Металл-2М, а также с импульсным толщиномером УТ-ЗОПЦ.

Домашнее задание

Построить графики зависимости резонансных частот от толщины объекта контроля для пяти первых гармоник резонансной частоты.

а) по формуле (1) (см. п.5) для образца со свободными поверхностями;

б) по формуле (2) с учетом пьезопреобразователя и контактного слоя (для первых двух гармоник).

Материал образца — алюминий; диапазон измеряемых толщин - 1 - 3 мм; диапазон частот - 3 - 9 МГц. Акустические. параметры пьезопластины, материала образцов и контактной жидкости приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Резонансные колебания образца в виде пластины со свободными поверхностями возникают на частотах f_n, при которых по толщине образца укладывается целое число n полуволн (n - номер гармоники) [2]:

, (1)

здесь d - толщина образца; С - скорость распространения УЗК в материале образца.

В действительности одна из поверхностей образца нагружена пьезопреобразователем. В этом случае уравнение, связывающее резонансную частоту f с параметрами трехслойного пакета (кварцевая пластина - контактная жидкость - образец) имеет вид:

, (2)

где - фазовый набег в i - м слое; z_i = _i^.C_i - характеристический импеданс i - го слоя, _i, C_i, d_i - плотность, скорость УЗК и толщина i - го слоя.

При расчетах полагать, что слои i = 1 - кварцевая пластина толщиной d₁=0,288 мм; i = 2 - трансформаторное масло толщиной d₂=0,01 мм; i = 3 -

d₃ - добавка к длине контролируемого образца обусловленная акустической нагрузкой, создаваемой слоем масла и кварцевой пластиной. Таким образом, влияние акустической нагрузки приводит к тому, что измеряемая частота резонанса образца толщиной d соответствует ненагруженному слою с эквивалентной толщиной d + d₃ .

Результаты расчетов по формулам (1)и (2) следует нанести на один график, по оси абсцисс которого откладываются значения f, а по оси ординат - d_3.

В действительности одна из поверхностей образца нагружена пьезопреобразователем. В этом случае уравнение, связывающее резонансную частоту f с параметрами трехслойного пакета (кварцевая пластина - контактная жидкость - образец) имеет вид:

, (2)

где - фазовый набег в i - м слое; z_i = _i^.C_i - характеристический импеданс i - го слоя, _i, C_i, d_i - плотность, скорость УЗК и толщина i - го слоя.

При расчетах полагать, что слои i = 1 - кварцевая пластина толщиной d₁=0,288 мм; i = 2 - трансформаторное масло толщиной d₂=0,01 мм; i = 3 -

d₃ - добавка к длине контролируемого образца обусловленная акустической нагрузкой, создаваемой слоем масла и кварцевой пластиной. Таким образом, влияние акустической нагрузки приводит к тому, что измеряемая частота резонанса образца толщиной d соответствует ненагруженному слою с эквивалентной толщиной d + d₃ .

Результаты расчетов по формулам (1)и (2) следует нанести на один график, по оси абсцисс которого откладываются значения f, а по оси ординат - d_3.

Описание лабораторной установки

Рис. 4.1 Экспериментальная установка

для исследования зависимости f (d)

В состав лабораторной установки входят: контактный резонансный толщиномер ТУК-4В, генератор сигналов высокочастотный ГЧ-18А, иммерсионный резонансный толщиномер «Металл-2М», контактный импульсный толщиномер УТ-30ПЦ, наборы преобразователей и образцов для экспериментальных исследований.

Рабочее задание

1. На установке (рис. 4.1) снять зависимость значений резонансных частот от толщины контролируемого образца.

2. С помощью прибора ТУК-4В измерить толщину заданных образцов.

3. Оценить относительную погрешность измерения толщины путем сравнения экспериментальных результатов с результатами расчетов.

4. Измерить толщины тех же образцов, с помощью импульсного толщиномера УТ-30ПЦ. Оценить погрешность измерения.

5. Снять градуировочную кривую стрелочного индикатора прибора Металл-2М по образцам.

6. Измерить толщины контролируемых изделий, пользуясь полученной градуировочной кривой. Оценить погрешность измерения.