Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Расчетная часть
Произведем оценочные расчеты при скорости течения жидкости 200 м/с. Диаметр трубопровода задаем 1 м, тогда L = 1.5 м . T = 20C.. Частота сигналов генератора f=1,5 МГц.
Время Т1 прохода акустиче ских колебаний между пьезоэлементами И1 и П1 :
9,23610-4 c
Время Т2 прохода акустиче ских колебаний между пьезоэлементами И2 и П2 :
c
Вычислим разность частот :
Гц
Расчет пьезоэлементов.
Пьезоэлектрический эффект заключающемся в том, что при сжатии и растяжении в определённых направлениях некоторых кристаллов (пьезоэлементов) на их поверхностях возникают электрические заряды. Если же к этим поверхностям приложить разность электрических потенциалов, то пьезоэлемент растянется или сожмётся в зависимости от того, на какой из этих поверхностей будет большее напряжение. Это явление называется обратным пьезоэффектом. Оно лежит в основе работы излучателей УЗК, преобразующих переменное электрическое напряжение в механические колебания той же частоты. Приёмники же, преобразующие эти колебания в переменное электрическое напряжение, работают на прямом пьезоэффекте.
Пьезоэлементы изготавливаем из материала ЦТС-19.
Диэлектрическая проницаемость,e 1620-1980
Пьезомодуль, d31,10-12, Кл/Н 150-200
Пьезомодуль, d33,10-12, Кл/Н 310-460
Тангенс угла диэлектрических потерь, tgd, 10-2, неболее(при Е<25 кВ/м) 2,8
Cкорость звука,VE1, м/с 2950-3150
Плотность, r, 103, кг/м3, 7,3
Добротность, Q м, 50
Температура Кюри, Тк, °С, 290
Одной из главных характеристик пьезоэлемента служит пьезоэлектрический модуль d (м/В), определяемый следующим уравнением:
где S - размер упругой деформации пьезоэлемента под влиянием приложенного напряжения Е.
Чем больше d, тем эффективнее работает излучатель ультразвука и тем меньшую разность потенциалов надо приложить к пьезоэлементу, чтобы получить желаемую интенсивность УЗК.
Другой характеристикой является пьезоконстанта h (В/м) по деформации, являющаяся отношением возникающей разности потенциалов Е к размеру исходной деформации:
Между h и d существует следующая зависимость:
где Ею - модуль Юнга;
- диэлектрическая проницаемость;
о -электрическая постоянная.
Таким образом, чем больше пьезомодуль d, тем эффективнее работает пьезоэлемент не только как излучатель, но так же как и приёмник ультразвука. Заметим, что пьезомодуль d=q/F, где q - заряд, образующийся на электродах пьезоэлемента, к которому приложена сила F.
Пьезоэлементы характеризуются также величиной диэлектрической проницаемости и коэффициентом электромеханической связи kp. Чем больше , тем больше электрическая ёмкость пьезоэлемента.
Электрическая прочность пьезоэлемента, измеряемая в кВ/мм, характеризует ту наибольшую разность потенциалов, при которой наступает пробой.
По мере приближения температуры пьезоэлемента к так называемой температуре Кюри у пьезоэлемента начинают ослабевать пьезоэлектрические свойства. Эти свойства полностью пропадают при достижении температуры Кюри.
Одним из наиболее известных природных пьезоэлементов является кварц. Однако в настоящее время в ультразвуковых расходомерах в качестве пьезоэлементов почти исключительно применяются лишь различные пьезокерамические материалы, такие как титанат бария (ВаТiОз), цирконат титаната свинца, являющийся твёрдым раствором цирконата (PbZ2O3) и титаната свинца (РЬТiОз). Эти материалы обладают очень высокой (1100-1500) диэлектрической приницаемостью , примерно в триста раз превосходящей проницаемость кварца, и очень большим пьезомодулем d. Основные свойства некоторых пьезокерамических материалов приведены в ГОСТ 13927-68.
Вычислим параметры пьезоэлектрического преобразователя .
Диаметр пьезоэлектрического преобразователя:
м
Вычислим толщину ПЭП h. Для этого найдём длину волны в ЦТС-19: Сцтс=3,3103 м/с
м
м