6.1.3.2 Прибор ук-16пу2
УК-16ПУ2 является переносным с автономным питанием (рис. 6.8). Диапазон измерения времени распространения УЗК от 20 до 999,9 мкс; дискретность отсчета времени 0,1 мкс. Рабочая частота преобразователей 70 кГц. Результат измерения выводится на 4-х разрядный цифровой индикатор. Прибор позволяет осуществить пересчет времени распространения УЗК в значение прочности бетона, при измерении времени распространения УЗК на постоянной базе прозвучивания 20 см, с помощью специального держателя УЗ преобразователей (метод продольного профилирования).
Рис. 6.8. Ультразвуковой прибор УК-16ПУ2
Алгоритм пересчета:
R = 5А (В - t); (6.4)
где t - измеренное время распространения УЗК, мкс;
А,В - коэффициенты;
R - индицируемый результат (прочность бетона), МПа
Формула (8) является, по существу, линейной аппроксимацией тарировочной зависимости "время - прочность" - рис. 6.9.
Значения коэффициентов А и В устанавливаются в приборе оператором с помощью соответствующих органов управления. Необходимо отметить, что указанная линейная аппроксимация вносит дополнительную погрешность d, которая увеличивается при увеличении диапазона измерения прочности прибором.
Рис. 6.9. Аппроксимация тарировочной зависимости прямой
1 - тарировочная зависимость "время - прочность";
2 - аппроксимирующая прямая по формуле (5.2.).
В более совершенных приборах применяют нелинейную аппроксимацию вида:
R = M×еr×t (6.5)
где М, г, - коэффициенты; t - время.
В приборе УКБ-111 (рис. 6.5.) тарировочная кривая, непосредственно, без промежуточной аппроксимации заносится в память прибора, что полностью устраняет погрешность аппроксимации. На цифровой индикатор прибора выводится величина прочности бетона. Справедливости ради, следует все же указать, что при имеющейся высокой степени автоматизации измерения скорости УЗК и её пересчете в прочность бетона, прибору присущи все, упомянутые выше, недостатки самого метода оценки прочности.
6.1.3.3 Электроакустические преобразователи
Излучение и прием ультразвуковых колебаний (УЗК) осуществляется с помощью электроакустических преобразователей (ЭАП). В основе принципа работы большинства конструкций ЭАП лежит пьезоэлектрический эффект. На рис. 6.10. показана конструкция типового ЭАП.
Рис.6.10. Конструкция электроакустического преобразователя
Обычно пьезоэлементы изготавливают в виде дисков, торцы которых покрывают слоем металла. Диски склеиваются в пакет, который устанавливается в корпусе преобразователя. Толщина пакета дисков определяет частоту собственных механических колебаний ЭАП, значение этой частоты, а, как правило, на ней происходит возбуждение преобразователя, указывается на корпусе ЭАП.
Материал пьезоэлементов - специальная керамика на основе соединений титана, циркония, бария, свинца. Иногда применяют элементы из кварца и сегнетовой соли.
Если к граням пьезоэлемента подвести переменное электрическое напряжение, то элемент будет деформироваться в такт с напряжением (обратный пьезоэлектрический эффект) и излучать акустические колебания.
Если пьезоэлемент будет испытывать деформацию, механические колебания, то на его гранях появится электрическое напряжение (прямой пьезоэффект). Т.о. пьезоэлемент можно использовать и для приема УЗК.
Обычно, в конструкциях излучающих и приемных ЭАП различий нет и их можно использовать и для излучения, и для приема УЗК. Но если на преобразователях имеется маркировка, указывающая на его применение (прием или излучение), то следует её строго придерживаться, иначе возможно повреждение приемного ЭАП, т.к. величина электрических импульсов возбуждения излучающего ЭАП достигает 800 вольт и выше. Приемный же ЭАП может иметь встроенный в его корпус чувствительный усилитель, который может не выдержать такого испытания.
Частота излучаемых УЗК будет определяться частотой питающего датчик напряжения. На практике, для повышения эффективности излучения УЗК, выбирают частоту возбуждающего напряжения равной частоте механического резонанса преобразователя или используют т.н. "ударное" возбуждение, когда к излучающему ЭАП подводится перепад высокого напряжения - своего рода удар, под влиянием которого в пьезоэлементе возникают затухающие свободные (резонансные) механические колебания.
В некоторых случаях, для получения УЗ колебаний используют магнитострикционные преобразователи. Конструктивно преобразователь представляет собой сердечник, обладающий магнитострикционными свойствами, на котором расположена обмотка, создающая переменное магнитное поле. Магнитострикционный эффект заключается в изменении размеров (деформации) образцов некоторых материалов в магнитном поле, аналогично пьезо-эффекту, который иногда называют электрострикцией.
Магнитострикционные преобразователи обычно используют тогда, когда требуется получать большую интенсивность (мощность) УЗ колебаний при сравнительно невысокой частоте 15÷100 Кгц. Ультразвук большой мощности используют в технике для сварки и резки материалов, где высокие требования к чистоте, т.к. отсутствуют шлаки, или неподдающиеся обычной термической сварке, например в технологии полупроводников, медицине и др.
Мощный ультразвук используют также для очистки различных деталей от загрязнений, для ускорения процесса пропитывания пористых материалов (древесины) смолами и антисептиками.