 |
Параметры и характеристики волны
|
|
|
|
СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Приборы контроля и системы экологической безопасности»
ПЕРВИЧНЫЕ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
информационные ресурсы дисциплины
методические указания к выполнению лабораторных работ
Институт приборостроение и системы экологической безопасности
Специальность 200101.65 – приборостроение
Специализация 200101.65 – 02 – контрольно-измерительные приборы
и системы
Направление подготовки
бакалавра 200100.62 - приборостроение
Санкт-Петербург
Издательство СЗТУ
Утверждено редакционно-издательским советом университета
УДК 621.791(076.5)
Первичные преобразователи: учебно-методический комплекс
информационные ресурсы дисциплины:
(методические указания к выполнению лабораторных работ)/ сост.
А.В. Кимстач, А.Г. Палаев. – СПб.: Изд-во СЗТУ, 2007. – 20 с.
Учебно-методический комплекс разработан в соответствии с требованиями государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования. Методические указания к выполнению лабораторных работ содержат задания, позволяющие проводить наблюдения над объектами, изучать их свойства, оценивать их взаимосвязь, осуществлять обработку результатов наблюдений, устанавливать закономерности поведения объектов.
Данные методические указания предназначены для студентов 4 курса, обучающихся по специальности 200101.65.
Рассмотрено и утверждено на заседании кафедры приборостроения и экологии окружающей среды 30.08.2007 г., одобрено методической комиссией института «Приборостроение и системы обеспечения безопасности» 17.09.2007 г.
|
|
|
Рецензенты: кафедра «Приборы контроля и системы экологической безопасности» СЗТУ (зав. кафедрой А.И. Потапов, д-р техн. наук, проф.);
кафедра «Оборудование и технология сварочного производства», Санкт-Петербургский институт машиностроения (зав. кафедрой К.А. Синяков, канд. техн. наук, доц.).
Составители: А.В. Кимстач, канд. техн. наук, доц.
А.Г. Палаев, директор НИЦУТ
© Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2007
1. Охрана труда и техника безопасности
при проведении лабораторных работ
Организация безопасной работы при выполнении лабораторных работ на кафедре приборов контроля и систем экологической безопасности производится в соответствии с требованиями государственных стандартов и систем ССБТ, ГОСТ 12.1.019-79. Электробезопасность. Общие требования.
При работе в лабораториях, особенно при выполнении экспериментов, необходимо строго соблюдать правила техники безопасности в соответствии с инструктажем, полученным перед выполнением лабораторных работ по данному курсу.
ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ
Выполнение лабораторных работ по основам «силовые ультразвуковые преобразователи» имеет своей целью закрепление теоретических положений, составляющих основу этого предмета, а также приобщение студентов к научным исследованиям.
В связи с этим, лабораторные работы составлены в форме заданий на проведение реального исследования по изучаемым вопросам. При этом предусматривается проведение экспериментов, теоретические расчеты и сопоставление экспериментальных и расчетных результатов с анализом.
После выполнения экспериментов и заполнения соответствующих таблиц необходимо произвести (где это требуется по заданию) теоретический расчет. В расчетные формулы подставляются те величины и условия, при которых производился эксперимент. При этом представляется не только окончательный расчетный результат, но и все промежуточные расчеты.
|
|
|
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Основной:
1. Электрические измерения неэлектрических величин: учеб. пособие / под ред. П.В. Новицкого. - М.: Энергия. 1975.
2. Бриндли, К. Измерительные преобразователи: справ. пособие /К. Бриндли. - М.: Энергоатомиздат, 1991.
Дополнительный:
3. Поляков, В.Е. Первичные пьезоэлектрические преобразователи /
В.Е. Поляков, А.И. Потапов. - СПб.: СЗТУ, 1974.
4. Балдев, Р. Применение ультразвука /Р. Балдев, В. Ранджендран, П. Паланичами.- М.: Техносфера. 2006.
5. Применение ультразвука и взрыва при обработке и сборке/ М.Ф. Вологин, В.В. Калашников, М.С. Нерубай, Б.Л. Штриков - М.: Машиностроение. 2002.
ТЕМАТИКА ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1. Исследование силовых пьезокерамических преобразователей.
2. Исследование электромагнитных (силовых магнитострикционных преобразователей).
ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Понятие об ультразвуке
Ультразвукомпринято называть упругие колебания и волны частотой от 16 кГц до 1 ГГц. Снизу этот диапазон частот ограничен верхним пределом слышимости человеческого уха. Верхняя граница определяется по длине волны, которая в принципе может распространяться и в упругой среде. Длина такой волны должна быть больше свободного пробега молекул газа или межмолекулярных расстояний в жидкостях и твёрдых телах. Упругие колебания частотой выше 1 ГГц называют гиперзвуком. Энергия ультразвука может преобразоваться в химическую, тепловую и механическую энергию.
Наиболее интересно воздействие ультразвуковых колебаний на жидкости и твёрдые тела волн малой интенсивности и волн высокой интенсивности (волны конечных амплитуд).
При применении излучений малой интенсивности ультразвуковые колебания не должны вызывать никаких физических или химических изменений среды. Здесь действует физические законы линейной акустики, связанные с распространением ультразвука в газообразной, жидкой и твёрдой средах. На принципах линейной акустики действуют многие измерительные, контрольные и управляющие приборы и аппараты.
Волны высокой интенсивности – более 0,5 Вт/см, вызывая образование ряда нелинейных эффектов и воздействуя на среду, в которой они распространяются, оказывают влияние на её свойства и структуру. Поэтому звуковые волны высокой интенсивности представляют интерес для тех разделов науки и техники, где необходимо ускорить течение отдельных процессов, повысить качество выполняемой операции или решить проблемы, которые с применением других видов энергии решить пока ещё не удалось.
|
|
|
Известно, что ультразвуковые волны высокой интенсивности могут вызвать значительные изменения физического и химического состояния среды. Эффекты, вызываемые высококонцентрированной энергией ультразвуковых волн могут быть весьма многообразными, а нередко – неожиданными. Следствием этого может явиться развитие кавитации, термических, механических и электрохимических эффектов и т. п.
Звук – волновое движение. Тело производит звуки в состоянии вибрации, которое можно назвать простым гармоническим движением (ПГД) или незатухающими гармоническими колебаниями. Концепция волнового движения является фундаментальной в физике.
Параметры и характеристики волны
Параметры, используемые для того, чтобы проводить отличия между звуковыми волнами, называются характеристическими параметрами.
А) Длина волны
Длина волны λ – это расстояние, которое проходит волна, пока частица среды совершит одно полное колебание.
Б) Амплитуда
Амплитуда А волны представляет собой максимальное смещение частицы из положения равновесия во время ее колебательного движения, вызванного возбуждением частиц среды. А = ЕС – амплитуда волны (рис. 2.1).
В) Частота
Частота f волны – это число колебаний, совершаемых частицей за одну секунду (Гц).
Рис.1.
Г) Период
Время одного колебательного движения. По определению время, за которое волна производит f колебаний, равно 1 с. Следовательно, время, необходимое для одного полного колебания = 1/ f, с.
То есть период - Т = 1/ f (1)
Д) Колебание
Возвратно-поступательное движение из одного крайнего положения в другое и обратно через положение равновесия называется колебанием.
|
|
|
Е) Фаза
Фаза – это отношение смещения колеблющейся частицы в данный момент времени к его амплитудному значению. Точка О и F (рис. 2.1.) находятся в одной фазе (их разность фаз составляет 2π). Расстояние между этими двумя точками равно одной длине волны, то есть разности хода λ. В математическом выражении это выглядит так:
Разность фаз = 2π (2)
Ж) Скорость
Скорость U волны – это расстояние, пройденное волной за 1 секунду.
U = Расстояние / время (3)
Согласно (рис.2.1.) за один период волна проходит расстояние λ. Следовательно,
U = λ / Т,
Подставляя период из формулы (10) в вышеприведенное равенство, получаем:
U = f λ (4)
З) Среда распространения
В природе существуют волны двух типов: механические и электромагнитные (ЭМ). Механические волны могут быть продольными и поперечными. Для их распространения необходимо наличие среды, то есть в качестве источника волн выступает колебание частиц среды.
Ультразвуковые волны
Ультразвуковые волны – подвид звуковых волн, следовательно, они наделены всеми характеристическими параметрами, присущими звуковым волнам. Это механические колебания с различными длинами волн, распространяющиеся в среде. Ультразвуковые волны имеют маленькую длину, изменение их длины в различных средах обусловлено упругими свойствами и характером вынужденных колебаний частиц среды. Подобно звуковым волнам, ультразвуковые передаются от одной точки к другой в результате колебания частиц. Для распространения ультразвука необходима среда.
Благодаря наличию у ультразвуковых волн характеристических свойств возможны разнообразные варианты их применения.
Характер распространения ультразвуковой волны полностью зависит от природы среды. Затухание ультразвуковой волны определяется состоянием среды и сильно зависит от частоты. Следовательно, применение высокой интенсивности возможно только при низких частотах (20…100 кГц). Некоторые способы применения ультразвука низкой частоты и высокой интенсивности предлагаются для исследования в данных лабораторных работах.
|
|
|
