ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Г л а в а VI Импульсные ультразвуковые методы физикохимического анализа из "Ультразвук и его применение в промышленности" Для измерения упругих постоянных твердых тел (модуля Юнга, модуля сдвига и коэффициента Пуассона) можно воспользоваться тем, что скорости распространения ультразвуковых волн зависят от упругих констант и плотности данного материала. Таким образом, динамические значения упруглх постоянных можно определить по величинам скорости распространения ультразвука. Наиболее целесообразно воспользоваться импульсным методом измерения скоростей ультразвуковых волн. В этом случае, несмотря на более сложную аппаратуру по сравнению, например, с методами резонанса и свободных колебаний [26], применяемыми для определения упругих постоянных, ультразвуковой метод обладает рядом существенных преимуществ. Во-первых, на одном испытуемом образце могут быть проведены измерения в большом диапазоне частот, во-вторых, процесс измерения весьма прост и занимает очень немного времени. Наконец, точность ультразвукового метода выше точности всех других методов измерения упругих постоянных. [c.153] При использовании ультразвукового метода для возбуждения продольных и поперечных колебаний в испытуемых образцах применяются соответственно кристаллы X- и Г-срезов. Продольные волны вводятся в образцы через промежуточный слой смазки, например слой трансформаторного масла. Для ввода поперечных волн необходим слой смазки, обладающий упругостью сдвига. В этом случае применяется минеральный воск, полиизобутилен и др. Ультразвуковые волны, прошедшие через испытуемый образец, принимаются приемным кристаллом и через усилитель подаются на экран электронно-лучевой трубки. Интервалы времени между двумя последовательно отраженными импульсами и будут характеризовать величину скорости распространения звука. При использовании для этих целей ультразвукового импульсного дефектоскопа точность измерений величины скорости распространения звука составляет1 — 3%. Следовательно, с такой же (или несколько меньшей) точностью могут быть измерены и упругие постоянные материалов. Однако следует отметить, что это относится к материалам с малой величиной рассеяния звука при постоянной температуре во всей толще испытуемого изделия. В противном случае скорость распространения звука будет различной для разных участков испытуемого образца и интерпретация результатов измерений будет затруднительной. Это, естественно, скажется на точности данного метода. Несмотря на это, ультразвуковой метод измерения упругих постоянных твердых тел является вполне надежным, и с помощью его уже получено много полезных результатов. Так, он с успехом нашел применение для измерения модулей упругости высоковольтных изоляторов, для которых требуется повышенная механическая прочность [97]. Простота и высокая точность измерений, характеризующие импульсный ультразвуковой метод, обусловливают широкое применение этого метода для измерения упругих постоянных каучуков [20], пластмасс, стекла [130], фарфора [131], бетона [109], льда [132] и металлов. [c.155] Следует отметить, что ультразв ковой метод измерения упругих постоянных твердых тел является динамическим методом исследования упругости и позволяет получить величины адиабатических упругих постоянных. В то же время при использовапии различных статических методов находятся изотермические значения тех же величин. [c.156] Наилучшие результаты получаются при использовании метода непосредственного измерения скоростей распространения волн и метода критических углов [131], на которых и остановимся более подробно. [c.156] Величина времени может быть определена по экрану электронно-лучевой трубки при соответствующей градуировке развертки прибора или путем сравнения с эталоном. [c.157] Таким образом, определение коэффициента Пуассона с (см. (95)) сводится к измерению длин отрезков и. [c.157] А так как величина скорости распространения продольной волны в материале призматического щупа известна (или легко может быть определена), то тем самым, определив абсолютные значения скорости Ь- и -волн, мы получаем возможность определить все три упругие константы материала. [c.159] Некоторые опытные данные. Применение импульсного ультразвукового метода измерения упругих постоянных материалов позволяет сделать ряд измерений, трудно осуществимых обычными механическими методами. Так, нанример, при использовании удлинительных стержней, помещаемых между ультразвуковым излучателем и испытуемым образцом, можно производить измерения упругих постоянных при высоких температурах испытуемого образца. Результаты измерения этим методом упругих констант высоковольтной фарфоровой крышки при различных температурах обжига приведены на рис. 85. В табл. 14 приводятся данные измерений упругих констант фарфора производства ленинградского завода Пролетарий [131]. [c.159] Иллюстрация ультразвукового метода физикохимического анализа. [c.163] Измерения могут производиться в движу щемся потеке исследуемой среды, что позволяет применить данный метод к контролю физико-химических пропессов непосредственно в производственных условиях (рис. 86). [c.164] К преимуществам импульсного метода по отношению к другим методам измерения скорости и поглощения ультразвука следует отнести высокую точность измерения и отсутствие возмущающего действия ультразвука на исследуемую среду ввиду малой интенсивности импульсного излучения (порядка сотых долей бтп см ). При этом прозрачность среды не играет никакой роли, тогда как, например, оптическим методом можно исследовать лишь прозрачные для света среды. [c.164] Импульсный з льтразвуковой метод как метод физикохимического анализа дает возможность анализа движущегося потока исследуемой жидкой среды, т. е. возможность отображения кинетики изучаемого процесса, и избавляет от необходимости отбора проб для анализа. Последнее очень важно, так как для некоторых производственных процессов отбор проб невозможен по ряду технических причин (высокое давление, температура, окисление проб и т. п.). Время измерений при использовании ультразвука мало, порядка нескольких секунд, а иногда и меньше. [c.164] Следует, однако, отметить, что так как ультразвуковой метод является методом физико-химического, а не химического анализа, его нужно сочетать с имеющимися методами химического анализа. [c.164] Вернуться к основной статье