超声波特性

一．超声波特性1.声速：超声波在不同介质中传输速度是不同的。气体350m/s左右，液体中1500m/s左右；固体中5000m/s左右。2.声衰减在空气中，超声波除了因扩散引起衰减外，由于空气中的粘滞性、热传导以及分子的吸收也会引起衰减。在20℃时的空气中，衰减系数在20℃时的水中，衰减系数如换算成位移衰减到I/e的距离x（1/ɑ）,则空气中x（m）=则水中x（m）=从表中可以看出：空气可水相比，其声衰减随频率的增大而急剧增加，即空气（各种气体均如此）不利于高频声传播，衰减很快，如500KHZ以上。所以液体中超声一般选择1-5MHz，而气体中超声一般选择50-300KHz。当然选择频率时还应考虑超声换能器之间的距离（声程）以及测量精度等要求。3.特性阻抗与声反射、声折射、声散射特性阻抗由介质的密度和声速之积确定。气体、液体和固体的特性阻抗之比约为1:3000:80000，差异很大。超声从一种介质进入另一种介质的能力取决于特性阻抗。流体中只存在纵波，纵波从流体向固体倾斜射入，在固体中除纵波外，还存在横波。高频率的声波，如2MHZ，在照射到含有气泡和固体颗粒时液体时，会产生声散射。4.超声换能器的指向性式中：--------指向性半角；--------波长；--------圆型辐射面直径气体介质中换能器的角一般取3-7度；液体介质中换能器的角一般取2-10度；可以上换能器的指向性均要求尖锐，以使能量较为集中。5.温度特性在水中中，超声传播速度随温度升高而增大，但在90℃之后又开始减小。二、超声波换能器1.压电陶瓷片PZT用于测量液体流量的超声换能器，工作频率在0.5-5MHz.PZT压电片（圆形、半圆形、方形、矩形）是常用的形式，它的频率由下公式确定式中：-----------频率常数，PZT均为2200；-----------厚度（应远小于横向尺寸）。1MHz的PZT圆片，直径10-12mm，厚度约2mm；1.5MHz的的PZT圆片，直径15mm左右，厚度约1.3mm；2.换能器的基本结构压电圆片换能器一般结构有一下三种：液体换能器中，若在前后端设置匹配层，可有效提高电声转换效率和扩展频带宽度。结构设计上要慎重考虑一下因素1)足够的灵敏度和合适的声束指向性；2）信号波形畸变小、无杂波，对于脉冲信号前沿要陡峭为佳；3）密封性好；4）足够的机械强度；5）耐环境腐蚀、振动、温度等；6）安装方便。常见液体中几种换能器结构三、超声流量计计量方式选择目前，采用多声道化和多反射化方法进行流量测量比较先进，应用效果也很好的。A声速螺旋状多折射路径法：以螺旋状路径扫描测量管道内流通空间，可以减少流速分布畸变影响，提高流量测量精度。其流量测量范围可以从层流开始，已到达可测液体的最大流速为10m/s。B这是早期U型平行面法：主要应用于小流量测量，有一下优点：1）不像传统斜声速传播那样，声波折射角受温度所引起液体中声速变化而改变声波传播距离；2）测量流通截面积全部流速，流速分布畸变影响小，可精确测量面平均速度。但此结构需要改动管道流向，管道布置复杂。C双声道V型散射法：适用于城市天燃气、煤气和压缩空气产品。DS型平行面扫描法：可简化管道布置，国外已投放市场的口径为6-50mm，流速超过0.5m/s时的误差≤±0.5%