POLITECHNIKA LUBELSKA
WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY
LABORATORIUM MIERNICTWA
PRZEMYSŁOWEGO
Ćwiczenie nr 5
Temat: Pomiary ultradźwiękowe.
Skład grupy: Data wykonania ćwiczenia:
1.Szyszkiewicz Andrzej 97-02-23
2.Ostapiuk Dariusz
1.CEL ĆWICZENIA.
Celem ćwiczenia jest zapoznanie z właściwościami, generacją oraz z wybranymi zastosowaniami ultradźwięków w pomiarach przemysłowych.
2. PODBUDOWA TEORETYCZNA .
Falą dźwiękową nazywamy rozprzestrzeniające się w ośrodku materialnym zaburzenie mechaniczne powodujące drganie cząstek ośrodka wokół swego stanu równowagi.
Fale dźwiękowe dzielimy ze względu na kierunek drgań cząsteczek ośrodka względem kierunku rozprzestrzeniania się fali dźwiękowej na:
-fale podłużne charakteryzujące się tym, że cząstki ośrodka drgają wzdłuż kierunku propagacji fali (występują w ciałach stałych, cieczach i gazach),
-fale poprzeczne rozchodzące się wzdłuż kierunku do którego prostopadłe są drgania cząsteczek ośrodka.
W ciałach stałych możemy mieć do czynienia z falami powierzchniowymi i falami dylatacyjnymi. Fale powierzchniowe rozchodzą się tylko wzdłuż powierzchni ośrodka stałego zanikając wraz z odległością od powierzchni.
Fale dylatacyjne powstają, gdy szerokość elementu jest mała w porównaniu z długością rozprzestrzeniającej się w nim fali.
Ultradźwięki są to fale akustyczne o częstotliwości leżącej w zakresie od 20 kHz do ok. 500 MHz. Są one wykorzystywane do badania struktury ciał stałych.
Parametrami określającymi materiał ośrodka pod względem rozchodzenia się ultradźwięków są:
-oporność akustyczna Z
Z = ρ⋅c
gdzie:
ρ - gęstość ośrodka
c - prędkość rozchodzenia się fali dźwiękowej
-współczynnik tłumienia α określający zdolność ośrodka do pochłaniania energii akustycznej.
IX = IOexp(-2αx)
gdzie:
IX - natężenie fali w odległości x od powierzchni wnikania
IO - natężenie fali na powierzchni.
3. PRZEBIEG ĆWICZENIA.
Pomiary prędkości rozchodzenia się ultradźwięków w różnych materiałach za pomocą próbnika materiałów typu 543.
Po włączeniu przyrządu należy dokonać jego kalibrowania przy pomocy wzorca 2μs (wzorzec stalowy).Następnie należy odczytać czasy przejścia dla różnych materiałów oraz zmierzy ich wymiar. Po wyliczeniu prędkości rozchodzenia się ultradźwięków w danym materiale należy porównać otrzymane wyniki z danymi odczytanymi w literaturze źródłowej.
Wyniki pomiarów zapisujemy w tabeli nr 1.
Materiał
|
Czas [μs] |
Wymiar [cm] |
Prędkość obliczona [m/s] |
Prędkość średnia obliczona [m/s] |
Prędkość rzeczywista [m/s] |
|
aluminium |
8,8 |
5,55 |
6306,8 |
6522,5 |
5200
|
|
aluminium |
23,3 |
15,1 |
6738,2 |
|
|
|
stal |
15,4 |
8,75 |
5681,8 |
5303,4 |
5100 |
|
stal |
4 |
1,97 |
4925 |
|
|
|
cement |
27,9 |
7,5 |
2688,1 |
2899,9 |
3000 |
|
cement |
18,8 |
5,85 |
3111,7 |
|
|
|
cegła szamotowa |
14,1 |
6,5 |
3075 |
3842,5 |
3600 |
|
cegła szamotowa |
81 |
25 |
4609,9 |
|
|
|
Cegła biała |
96,1 |
25 |
2601,45 |
2588,2 |
2400 |
|
Cegła biała |
23,3 |
6 |
2575 |
|
|
|
drewno |
26,9 |
6,7 |
2490 |
2381,35 |
4180 (sosna wzdłuż włókien) |
|
drewno |
11 |
2,5 |
2272,7 |
|
|
|
Rzeczywiste prędkości rozchodzenia się fali ultradźwiękowej przytoczone zostały na podstawie Encyklopedii Techniki - Materiałoznawstwo WNT,1975
Przykład obliczeń:
V = l /t = 5,5 cm / 8,8 μs = 6306,8m/s
4.Wnioski:
Z pomiaru prędkości ultradźwięków w różnych materiałach największa rozbieżność wyników występuje dla drewna. Można tłumaczyć to przypadkowym ustawieniem głowicy ultradźwiękowej w stosunku do słoi próbki drewnianej. Dla pozostałych próbek błędy są rzędu 10 %.
3