lab4m_1 (Некоторые лабы по акустике)
Описание файла
Документ из архива "Некоторые лабы по акустике", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "акустика" из 8 семестр, которые можно найти в файловом архиве НИУ «МЭИ» . Не смотря на прямую связь этого архива с НИУ «МЭИ» , его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "лабораторные работы", в предмете "акустика" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "lab4m_1"
Текст из документа "lab4m_1"
МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
Кафедра ЭИ
Лабораторная работа №4
ИССЛЕДОВАНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ.
Выполнили студенты
.
Принял преподаватель
Петрусь А. А.
2005
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
| № пп | Наименование материала | Скорость продольных волн, м/с | Акустическое сопротивление, 106 кг/(м2.с) |
| 1 | Латунь | 4430 | 36,1 |
| 2 | Дюралюминий | 6260 | 17,3 |
| 3 | Масло трансформаторное | 1400 | 1,27 |
| 4 | Кварц | 5740 | 15,2 |
| 5 | Алюминий | 6350 | 17,1 |
Резонансные колебания образца в виде пластины со свободными поверхностями возникают на частотах fn, 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; zi = i.Ci - характеристический импеданс i - го слоя, i, Ci, di - 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 - d3.
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.
Кварцевая пьезопластина преобразователя прибора ТУК-4В возбуждается напряжением переменной частоты, поступающим с генератора качающеюся частоты (ГКЧ). Определение толщины контролируемого изделия осуществляют путем совмещения резонансных импульсов с измерительными импульсами, расстояние между которыми регулируют ручками «Скорость УЗК» и «Толщина», а амплитуду - ручкой «Амплитуда измерительных .импульсов».
Для измерения частоты резонансных сигналов .используют Г4-1-8А, напряжение фиксированной частоты с которого подается через разделительный конденсатор Ср в контур ГКЧ. Частота Г4-18А отмечается на. экране в виде метки. Измерение значений резонансных частот производят путем совмещения на экране ЭЛТ прибора ТУК-4'В измерительной метки с каждым из (резонансных импульсов. Отсчет производят по шкале прибора Г4-18А.
При измерении толщины изделий из материалов с различной скоростью ультразвука с помощью прибора ТУК-4В необходимо предварительно настроить отсчетное устройство прибора на скорость УЗК в данном материале. Для этого (ручкой «Толщина» установить значение толщины выбранного образца. Затем установить преобразователь на образец и ручкой «Скорость УЗК» совместить резонансные импульсы с измерительными. При этом стрелочный визир укажет значение скорости материала образца.
2. С помощью прибора ТУК-4В измерить толщину заданных образцов.
| Толщина, мм | fi, МГц | fi+1, МГц | f = f1, МГц | Измеренная толщина, мм |
| 2.54 | 5.2 | 6.5 | 1.3 | 2.40 |
| 2.94 | 5.5 | 4.4 | 1.1 | 2.75 |
| 3.00 | 4.4 | 5.4 | 1.0 | 2.85 |
| 1.75 | 5.05 | 6.6 | 1.55 | 1.90 |
3. Оценить относительную погрешность измерения толщины путем сравнения экспериментальных результатов с результатами расчетов.
5. Снять градуировочную кривую стрелочного индикатора прибора Металл-2М по образцам.
Градуировочную кривую прибора «Металл-2М» снимают на трех-четырех образцах с известными значениями толщины. Результаты наносят на график, где по оси ординат откладывают показание стрелочного индикатора прибора «Металл-2М», а по оси абсцисс - соответствующее значение толщины образца.
Выводы: Для уменьшения погрешности от смещения резонансных частот следует работать на частотах , можно более близких к резонансной частоте ПП, использовать пики, соответствующие высшим гармоникам, увеличивать толщину масла до оптимальных (четвертьволновых) значений, производить градуировку прибора при одинаковой силе прижатия преобразователя к поверхности изделия.
Приложение.
Графики зависимости резонансных частот от толщины объекта контроля для пяти первых гармоник резонансной частоты с наложенными на них экспериментальными данными.
