ГОСТ 23702-90
Группа П19
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
Контроль неразрушающий
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ
Методы испытаний
Nondestructive testing. Ultrasonic transducers. Test methods
МКС 19.100
ОКП 42 7619
Дата введения 1992-01-01
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ
1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством электротехнической промышленности и приборостроения
2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по управлению качеством продукции и стандартам от 26.11.90 N 2916
3. ВЗАМЕН ГОСТ 23702-85
4. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ
5. ПЕРЕИЗДАНИЕ
Настоящий стандарт распространяется на ультразвуковые пьезоэлектрические преобразователи по ГОСТ 26266 (далее - ПЭП), имеющие рабочую область частот в диапазоне от 0,16 до 30,0 МГц и предназначенные для работы в составе ультразвуковых приборов неразрушающего контроля (далее - УПНК) при эхо- и теневых методах контроля.
Стандарт устанавливает обязательные требования к методам измерения основных параметров (далее - параметры) и испытаний ПЭП по пп.2.3, 2.8, 2.18, при проведении испытаний и поверки. Перечень основных параметров ПЭП приведен в ГОСТ 26266.
1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ
1.1. Нормальные климатические условия измерения должны быть следующие:
- температура окружающего воздуха (20±5) °С;
- температура воды в иммерсионной ванне (20±5) °С;
- атмосферное давление (96±10) кПа;
- относительная влажность воздуха (60±15)%.
1.2. Напряжение и частота переменного тока питания измерительной аппаратуры должны соответствовать требованиям стандартов и технических условий на приборы конкретного типа.
Вибрации, внешние электрические и магнитные поля должны находиться в пределах, установленных в стандартах и технических условиях на УПНК и измерительную аппаратуру.
1.3. Время прогрева приборов, используемых при проведении измерений, устанавливают в соответствии с эксплуатационной документацией на эти приборы.
1.4. При измерении параметров иммерсионных ПЭП не допускается наличие пузырьков воздуха на их поверхности и на поверхности отражателя.
1.5. Если совместная работа ПЭП с УПНК предусматривает использование согласующих устройств (трансформаторов, корректирующих цепей и т.п.), их схемы и условия подключения к ПЭП при проведении измерений должны быть указаны в технических условиях на ПЭП конкретных типов.
1.6. При измерении параметров передаточной функции импульсной характеристики и электрического сопротивления подключают ПЭП к измерительной установке кабелем, если его длина не менее 500 мм, в противном случае - соединительным кабелем, имеющим параметры: емкость (60±3) пФ; волновое сопротивление (5±3) Ом; коэффициент затухания на частоте 10 МГц - не более 0,1 дБ/м.
1.7. Измерения параметров ПЭП, выполняемые совместно с УПНК, следует проводить с электронным блоком УПНК, аттестованным в установленном порядке. ПЭП подключают к электронному блоку УПНК согласно эксплуатационной документации на УПНК. Допускается вместо электронного блока УПНК использовать только его блок генератора импульсов возбуждения и (или) блок приемника.
1.8. При проведении измерений временную регулировку чувствительности и отсечку электронных блоков УПНК отключают во всех случаях, кроме специально указанных в технических условиях на приборы конкретного типа.
1.9. Требования к стандартным образцам или акустическим нагрузкам, используемым при измерении АРД-диаграммы, отношения сигнал/шум, функции шумов и функции влияния, а также требования к стандартным образцам, используемым при измерениях импульсного коэффициента преобразования
и мгновенных значений эхо-импульса
, должны быть указаны в технических условиях на ПЭП конкретного типа или УПНК, в состав которых входит ПЭП.
1.10. При указании значений параметров ПЭП в эксплуатационной документации должны быть приведены условные обозначения акустических нагрузок, отражателей и расстояния от ПЭП до отражателей согласно приложению 1.
1.11. При выполнении измерений параметров контактных ПЭП перед их установкой на акустические нагрузки или стандартные образцы рабочие поверхности акустических нагрузок и стандартных образцов необходимо смазать контактной жидкостью, тип которой устанавливают в технических условиях на ПЭП конкретных типов.
1.12. Используемые средства измерений, приборы, акустические нагрузки и стандартные образцы должны быть аттестованы в установленном порядке. Перечень рекомендуемых средств измерений приведен в приложении 2.
2. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ И ИСПЫТАНИЙ
2.1. Метод измерения импульсного коэффициента преобразования
, мгновенных значений эхо-импульса
, их отклонений от номинальных значений, временных интервалов эхо-импульса
, длительности эхо-импульса
, эффективной частоты эхо-импульса
и ее отклонения от номинального значения
2.1.1. Аппаратура
Измерения параметров совмещенных ПЭП следует проводить на установке, схема которой приведена на черт.1.
1 - электронный блок УПНК; 2 - проверяемый ПЭП;
3 - акустическая нагрузка или стандартный образец; 4 - осциллограф
Черт.1
При измерении параметров раздельно-совмещенных ПЭП излучающий преобразователь подключают к генератору, а приемный - к приемнику.
Осциллограф должен иметь следующие параметры: полосу пропускания 0,0-35,0 МГц; входное сопротивление не менее 1,0 МОм; входную емкость не более 30,0 пФ; диапазон амплитуд исследуемых сигналов 0,03-300 В; погрешность измерения амплитуд и временных интервалов не более 5,0%.
Акустические нагрузки контактных ПЭП должны соответствовать черт.2 и 3 и табл.1.
Черт.2
Черт.3
Таблица 1
Параметры акустических нагрузок
Диапа- зон частот, МГц | Материал | Высота  или радиус  , мм | Пара- метр шеро- хова- тости по ГОСТ 2789, мкм, не более | Допуск плоскост- ности  | Допуск цилин- дрич- ности  и допуск парал- лель- ности  | Зату- хание звука  , дБ/мм, не более | Скорость звука, м/с | Длина (диаметр)  , мм, не менее | Ширина  , мм, не менее |
0,16-1,0 | Органи- ческое стекло по ГОСТ 17622 | 75±1, 125±1 |  20,0 | 0,05 | 0,1 | 0,1 | 2710±100 | 250 | 200 |
1,0-14,0 | Алюми- ниевый сплав Д16Т по ГОСТ 4784 | 25±0,5, 50±0,75 |  2,5 | 0,02 | 0,04 | 0,05 | 6420±100 | 90 | 70 |
0,6-7,5 | Сталь 45 по ГОСТ 1050 | 25±0,5, 50±0,75, 75±1 | 0,63 | 0,02 | 0,04 | 0,05 | 5915±100 | 90 | 70 |
5,0-30,0 | Стекло кварцевое по ГОСТ 15130 | 25±0,5, 50±0,75 | 0,32 | 0,01 | 0,02 | 0,05 | 5970±100 | 50 | - |
Примечание. Вместо алюминиевого сплава Д16Т допускается использовать сплав Д16ТПП по ГОСТ 21488, если значения скорости и затухания звука в нем такие, как приведенные в табл.1.
Акустические нагрузки должны быть аттестованы по коэффициенту затухания в рабочем диапазоне частот с погрешностью
, дБ/мм (
- высота
или радиус
нагрузки, мм).
Акустической нагрузкой иммерсионных ПЭП служит питьевая вода по ГОСТ 2874*, в которой на расстоянии от ПЭП находится плоский отражатель.
________________
* На территории Российской Федерации действует ГОСТ Р 51232-98.
Плоский отражатель должен представлять собой прямой цилиндр (параллелепипед) из нержавеющей стали, удовлетворяющий условиям: высота
(
- скорость звука в стали); диаметр основания (сторона прямоугольника) не менее 60 мм; параметр шероховатости рабочей поверхности основания
0,63 мкм; допуск плоскостности 0,02 мм.
Электронный блок УПНК должен соответствовать п.1
.7.
2.1.2. Подготовка и проведение измерений
Выбирают акустическую нагрузку для контактных ПЭП в зависимости от частотного диапазона (см. табл.1) и типа ПЭП. Схема расположения ПЭП на нагрузке должна соответствовать черт.4-6, при этом каждой из указанных схем соответствуют следующие ПЭП: черт.4 - контактные, контактно-иммерсионные прямые; черт.5 - наклонные; черт.6 - иммерсионные.
Черт.4
Черт.5
Черт.6
При измерении по схеме черт.6 значения
выбирают из ряда
мм, где
=1, 2, 3, .... Для ПЭП, у которых нормируют фокусное расстояние
, значение
устанавливают равным
.
Подключают ПЭП к установке и, притирая его к поверхности нагрузки, добиваются устойчивого повторения максимального значения эхо-сигнала. При измерении по схеме черт.6 следует, изменяя ориентацию ПЭП относительно отражающей поверхности, добиваться максимального значения эхо-сигнала.
Измеряют с помощью осциллографа значения параметров эхо-импульса
,
,
, максимальное значение амплитуды (размаха) эхо-импульса, максимальное значение амплитуды (размаха) электрического напряжения возбуждения ПЭП и длительность полупериодов. Отклонением
от его номинального значения является разность между измеренным и номинальным значениями.
При малых значениях эхо-сигнала допускается выключать между ПЭП и осциллографом широкополосный усилитель и ограничитель амплитуд импульсов возбужде
ния.
2.1.3. Импульсный коэффициент преобразования
, дБ, вычисляют по формуле
, (1)
где
,
- максимальные значения амплитуд (размаха) электрического напряжения возбуждения ПЭП и эхо-импульса, соответственно, В;
- коэффициент усиления широкополосного усилителя, включаемого между ПЭП и осциллографом.
2.1.4. Для повышения точности измерения
контактных ПЭП по п.2.1.3 допускается вводить поправку
, исключающую влияние ослабления эхо-сигнала в нагрузке и обусловленную затуханием звука. Для этого в исходную формулу (1) следует добавить слагаемое
, где
- коэффициент затухания звука в материале на номинальной частоте
ПЭП, дБ/мм,
- путь, пройденный звуком, мм.
При измерении иммерсионных ПЭП допускается вводить поправку
, исключающую влияние ослабления эхо-сигнала при переходе звука через границу вода - плоский отражатель. Для этого в формулу (1) следует добавить слагаемое
, где
- коэффициент отражения плоской волны при нормальном падении на границу раздела вода - плоский отражате
ль.
2.1.5. Эффективную частоту эхо-импульса
, МГц, вычисляют по формуле
, (2)
где
- число полупериодов эхо-импульса, устанавливаемое в технических условиях на ПЭП конкретного типа;
- длительность
полупериодов, мкс. Отклонением
от ее номинального значения является разность между значением
, полученным по формуле 2, и номинальным значением.
Для увеличения точности измерения допускается определять
по спектру эхо-импульса. В этом случае эффективной частотой эхо-импульса
является частота, соответствующая максимуму спектра
.
2.2. Метод измерения мгновенных значений импульсной характеристики
, длительности импульсной характеристики
, временных интервалов импульсной характеристики
и импульсного коэффициента преобразования
2.2.1. Аппаратура
Измерения следует проводить на установке, схема которой приведена на черт.7.
1 - генератор видеоимпульсов; 2 - широкополосный усилитель; 3 - осциллограф;
4 - проверяемый ПЭП; 5 - акустическая нагрузка;
- резистор сопротивлением (50
Черт.7
Генератор видеоимпульсов (генератор ударного возбуждения УПНК) должен обеспечивать возбуждение ПЭП импульсом тока экспоненциальной формы и иметь следующие параметры: амплитуда импульса тока на нагрузку
=1000 пФ в пределах диапазона 2-15 А; длительность фронта
мкс; постоянная времени экспоненциального импульса
мкс, где
- номинальные значения частоты
или
проверяемого ПЭП, МГц.
Широкополосный усилитель должен обеспечить усиление эхо-импульса в полосе частот 0,16-30,0 МГц и иметь коэффициент усиления не менее 60 дБ; регулировку усиления 0-60 дБ с погрешностью в пределах ±0,5 дБ; входное активное сопротивление не менее 1,0 кОм; входную емкость не более 30 пФ; динамический диапазон входных сигналов не менее 0,5·10
-1,0 В; уровень шумов не более 50 мкВ. Широкополосный усилитель должен быть устойчив к перегрузкам сигналов генератора видеоимпульсов.
Осциллограф и акустические нагрузки должны иметь значения параметров, указанные в п.2.1.1.
Допускается при измерении параметров специализированных ПЭП выбирать значения резистора
и входного сопротивления широкополосного усилителя такими, чтобы модуль их сопротивления при параллельном соединении был равен входному сопротивлению УПНК с отклонением в пределах допуска на входное сопротивление УПН
К.
2.2.2. Подготовка и проведение измерений
Выбирают акустическую нагрузку, устанавливают на ней ПЭП и добиваются устойчивого повторения эхо-сигнала, как указано в п.2.1.2.
Измеряют с помощью осциллографа значения параметров эхо-импульса
,
,
,
,
(черт.8) и максимальное значение импульса тока возбуждения.
Черт.8
Параметры импульса тока возбуждения определяют путем измерения электрического напряжения на активном сопротивлении
, включенном в цепь тока возбуждения ПЭП или подключенном к генератору через широкополосный трансформатор.
2.2.3. Импульсный коэффициент преобразования
, дБ, вычисляют по формуле
, (3)
где
- максимальное значение эхо-импульса, В;
- максимальное значение напряжения на сопротивлении
, В;
- сопротивление в цепи тока возбуждения ПЭП, Ом;
- опорный уровень
=
1 В/А.
2.2.4. Для повышения точности определения
контактных ПЭП по п.2.2.3 допускается вводить поправку
, исключающую влияние ослабления эхо-сигнала в нагрузке, обусловленного затуханием звука. Для этого в исходную формулу (3) следует ввести слагаемое
, определенное в п.2.1.4. Для иммерсионных ПЭП допускается вводить поправку
, исключающую влияние ослабления эхо-сигнала при переходе звука через границу вода - плоский отражатель. Для этого в формулу (3) следует добавить слагаемое
, определенное в п.2.1.4.
2.3. Метод измерения амплитудно-частотной характеристики
, частоты максимума преобразования
и ее отклонения от номинального значения, полосы пропускания
, граничных частот полосы пропускания
,
, неравномерности амплитудно-частотной характеристики
и коэффициента преобразования
и его отклонения от номинального значени
я
2.3.1. Аппаратура
Измерения следует проводить на установке, схема которой приведена на черт.9 или 10.
1 - генератор радиоимпульсов; 2 - приемник; 3 - осциллограф;
4 - частотомер; 5 - проверяемый ПЭП; 6 - акустическая нагрузка
Черт.9
1 - генератор импульсов возбуждения; 2 - приемник; 3 - осциллограф;
4 - анализатор спектра; 5 - проверяемый ПЭП; 6 - акустическая нагрузка
Черт.10
Установка, показанная на черт.9, обеспечивает измерение методом, основанным на возбуждении ПЭП радиоимпульсом с прямоугольной огибающей и последующим измерением отношения амплитуд эхо-сигналов и импульсов возбуждения в разных точках рабочего диапазона частот, а установка, показанная на черт.10, - методом, основанным на возбуждении ПЭП электрическим импульсом произвольной формы и последующим измерением отношения амплитуд огибающей спектра эхо-сигнала и огибающей спектра импульса возбуждения.
Генератор радиоимпульсов должен обеспечить возбуждение ПЭП радиоимпульсами с частотой заполнения 0,16-30,0 МГц, длительностью (5-15)
мкс (
- частота заполнения, МГц), амплитудой напряжения не менее 5
В и иметь подавление сигналов в паузе между радиоимпульсами не менее 70 дБ.
Приемник должен обеспечить прием эхо-импульсов в диапазоне частот 0,16-30,0 МГц, иметь чувствительность не хуже 2 мВ, входное сопротивление не менее 20
, регулировку усиления 0-60 дБ с погрешностью не более 0,5 дБ. При работе в схеме черт.10 приемник должен также обеспечить временное селектирование эхо-импульса с регулируемым интервалом пропускания 1-100 мкс. Широполосный усилитель должен быть устойчив к перегрузкам сигналов генератора видеоимпульсов.
Частотомер должен иметь следующие параметры: диапазон частот 0,16-30,0 МГц; погрешность измерения частоты не более 0,1%.
Генератор импульсов возбуждения должен иметь параметры: амплитуду напряжения импульсов возбуждения ПЭП не менее 6
и не более 600
В; длительность импульса в пределах диапазона (5-15)
мкс, где
- номинальное значение
измеряемого ПЭП, МГц; подавление сигналов в паузе между импульсами не менее 80 дБ.
Анализатор спектра должен иметь следующие параметры: диапазон частот 0,16-30,0 МГц;
полосу пропускания, регулируемую в пределах 3-70 кГц.
Осциллограф и акустические нагрузки должны иметь параметры согласно п.2.1.1.
Сопротивление
может быть включено как непосредственно в цепь тока возбуждения ПЭП, так и подключено к ней через широкополосный трансформа
тор.
2.3.2. Подготовка и проведение измерений
2.3.2.1. Выбирают акустическую нагрузку, устанавливают на ней ПЭП и добиваются устойчивого повторения первого эхо-импульса (далее - эхо-импульса), как указано в п.2.1.2.
2.3.2.2. Измерения на установке по черт.9 выполняют следующим образом. В пределах рабочего диапазона частот ПЭП устанавливают
различных частот заполнения радиоимпульса, длительность которого должна быть такой, чтобы эхо-импульс имел в средней части не менее двух периодов установившихся синусоидальных колебаний. С помощью приемника и осциллографа определяют значения:
где
- амплитуда импульса напряжения возбуждения ПЭП на частоте
, дБ;
- амплитуда импульса напряжения на сопротивлении
на частоте
, дБ;
- амплитуда импульса напряжения эхо-импульса на частоте
, дБ.
Измерения
и
выполняют при положении переключателя 1-2;
- при положении 1-3. Измерение
выполняют по амплитуде или размаху эхо-импульса в области установившихся колеб
аний.
2.3.2.3. Измерения на установке по черт.10 выполняют следующим образом. Устанавливают положение и длительность строба селектора приемника такими, чтобы на выход приемника поступал сигнал или только от эхо-импульса, или от импульса возбуждения ПЭП. Используя регулировки приемника и анализатора спектра, определяют в
точках рабочего диапазона частот ПЭП значения:
где
- амплитуда огибающей спектра импульса напряжения возбуждения ПЭП на частоте
, дБ;
- амплитуда огибающей спектра импульса напряжения на сопротивлении
на частоте
, дБ;
- амплитуда огибающей спектра эхо-импульса на частоте
, дБ
.
2.3.2.4. Количество точек
частотного диапазона по пп.2.3.2.2, 2.3.2.3 выбирают из условия обеспечения требуемой точности измерения соответствующих параметров конкретного типа ПЭП.
2.3.2.5. Обработка результатов измерений
Амплитудно-частотную характеристику
определяют по формуле
где
- отношение напряжений, измеренных в пп.2.3.2.2, 2.3.2.3, дБ;
- сопротивление в цепи тока возбуждения ПЭП, Ом;
- опорный уровень
, равный 1 В/А.
Амплитудно-частотной характеристикой
является зависимость
от частоты, полученная по пп.2.3.2.2, 2.3.2.3.
Максимальные значения
являются коэффициентами преобразования
, а соответствующие им частоты являются частотами максимума преобразования
. Разности между значениями
и
и их номинальными значениями являются их отклонениями от номинальных значений соответственно.
Ширину полосы пропускания
вычисляют по формуле
, (7)
где
,
- верхняя и нижняя границы интервала частот, МГц, включающего в себя
, на которых
принимает значения на уровне минус 6 дБ.
Частоты
,
равны соответственно граничным частотам пропускания
,
, МГц.
Неравномерность амплитудно-частотной характеристики
, дБ, вычисляют по формуле
, (8)
где
,
- минимальные (максимальные) значения, соответственно,
,
в рабочей области частот ПЭП, дБ.
2.3.2.6. Для повышения точности измерений параметров по п.2.3.2.5 допускается вводить поправку
, исключающую влияние шунтирования ПЭП в режиме приема электрическим сопротивлением схемы измерения, а также для контактных ПЭП поправку
, исключающую влияние ослабления эхо-сигнала, обусловленного затуханием звука в нагрузке и для иммерсионных ПЭП поправку
, исключающую влияние ослабления эхо-сигнала при переходе звука через границу вода - плоский отражатель. Для этого в исходные формулы (4), (5) следует ввести слагаемое
по п.2.1.4 и (или)
и (или)
, значения которых вычисляют по формулам:
; (9)
, (10)
где
- коэффициент затухания звука в материале нагрузки на частоте
, дБ/мм;
- путь, пройденный эхо-сигналом в нагрузке, мм;
- электрическое сопротивление ПЭП на частоте
, Ом;
- модуль электрического сопротивления схемы черт.9, 10 между точкой "
" и корпусом при подключенном ПЭП, Ом
.
2.4. Метод измерения электрического сопротивления ПЭП
,
,
2.4.1. Аппаратура
Измерения следует проводить на установке, схема которой приведена на черт.11, 12.
1 - частотомер; 2 - измеритель АЧХ; 3 - графопостроитель;
- проверяемый ПЭП;
- электрическая нагрузка; 4 - акустическая нагрузка
Черт.11
- проверяемый ПЭП;
- электрическая нагрузка
Черт.12
Измеритель АЧХ - прибор для исследования амплитудно-частотных характеристик - должен иметь следующие параметры: диапазон частот не уже 0,1-35,0 МГц; погрешность измерения относительной амплитуды - в пределах ±(0,4+0,1
) дБ, где
- измеренная относительная амплитуда, дБ; входное сопротивление не менее 20
; входную емкость - не более 30 пФ.
Графопостроитель (двухкоординатный самописец) должен иметь диапазон масштабов регистрации по обоим каналам не уже 0,1-25,0 мВ/см; погрешность записи в пределах ±1%.
Электрическая нагрузка
- активное или емкостное сопротивление, предназначенное для обеспечения постоянства амплитуды тока, протекающего через ПЭП, должно удовлетворять в рабочей области частот условию
.
Акустическая нагрузка.
Нагрузка для контактного ПЭП должна соответствовать черт.13.
Черт.13
Материал - оргстекло, сталь 45, алюминиевый сплав Д16Т. Допуск плоскостности и параметры шероховатости рабочей поверхности должны соответствовать табл.1. Нагрузкой для иммерсионного ПЭП служит вода.
Частотомер должен иметь параметры согласно п.2.3.1.
2.4.2. Подготовка и проведение измерений
Выбирают акустическую нагрузку в зависимости от типа ПЭП. Материал нагрузки должен быть таким же, как и материал нагрузки, используемой при измерении
,
. Если
,
измерялись с использованием нагрузки из кварцевого стекла, то при определении
следует использовать нагрузку из алюминиевого сплава Д16Т. При определении электрического сопротивления
нагрузкой ПЭП служит воздух, акустическое сопротивление которого считают равным нулю.
Подключают ПЭП к установке, как показано на черт.11. Контактные ПЭП устанавливают на акустическую нагрузку. При этом прямой ПЭП устанавливают согласно черт.14, наклонный - черт.15.
Черт.14
Черт.15
Измерение электрического сопротивления ПЭП выполняют путем сравнения с сопротивлением
опорного конденсатора или резистора. Для этого устанавливают масштабы изображения на экране измерителя АЧХ и графопостроителя, обеспечивающие наибольшую точность измерения. Проводят запись на графопостроителе кривой
и меток частоты. Подключают вместо ПЭП опорные сопротивления
,
и проводят запись графиков зависимости
от частоты. Значения
выбирают такими, чтобы кривые зависимости
легли в области минимума и максимума кривой
. Электрическое сопротивление
определяют, используя опорные значения кривых
, метки частоты и масштабы изображения. Значения
соответствуют максимуму (минимуму) кривой
.
Значения
можно также определять по кривой зависимости
на экране измерителя АЧХ путем подбора
, при которых обеспечивается совпадение изображения
и
в точках минимума и максимума
, соответственно.
Сопротивления
должны быть определены с погрешностью не более 2%.
Для повышения точности измерений
, а также в случае, когда входное сопротивление измерителя АЧХ менее 20
, допускается выполнять подключение ПЭП к измерителю АЧХ по схеме черт.12, где
. В этом случае на экране измерителя АЧХ наблюдается зависимость
, а частотой резонанса является частота в точке максимума граф
ика зависимости
.
2.5. Метод измерения коэффициента преобразования
, частоты максимума преобразования
, полосы пропускания
, неравномерности амплитудно-частотной характеристики
2.5.1. Измеряют амплитудно-частотную характеристику
и электрическое сопротивление
, как указано в пп. 2.3, 2.4. Если выполнить измерение
по п.2.3 невозможно из-за большой длительности импульса возбуждения ПЭП на уровне эхо-сигнала, то допускается использовать акустические нагрузки, имеющие значения
больше указанных в табл.1, или выполнять измерения
в теневом варианте, используя для этого два дополнительных однотипных ПЭП, установленных соосно с измеряемым ПЭП на противоположной стороне акустической нагрузки. Проверяемый ПЭП следует при этом подключить к приемнику.
2.5.2. Вычисляют амплитудно-частотные характеристики
,
, ДБ, по формулам:
; (11)
, (12)
где
- амплитудно-частотная характеристика, дБ;
- электрическое сопротивление ПЭП, Ом;
- опорный уровень,
=1 В/Па; (
=1 Па/В);
- параметр взаимности, равный
;
- коэффициент затухания звука в материале нагрузки на частоте
, мм
.
При измерении
в теневом варианте с использованием двух дополнительных ПЭП значения каждого
вычисляют по формуле
,
где
=1, 2, 3;
;
- коэффициент преобразования
-гo ПЭП, дБ;
- коэффициент преобразования преобразователей с номерами
и
, измеренный в теневом варианте;
- амплитуда напряжения эхо-импульса
-го ПЭП, дБ;
- амплитуда импульса возбуждения
-го ПЭП, дБ.
Значения
вычисляют по формуле
, где
;
- площадь рабочей поверхности ПЭП, м
;
- плотность материала нагрузки, кг/м
;
- скорость звука в материале нагрузки, м/с. Значения
для прямых ПЭП, нагруженных на воду, органическое стекло, алюминиевый сплав Д16Т, сталь 45, приведены на черт.16-20 для различных значений безразмерных параметров:
;
, (13)
где
- частота, Гц;
- радиус (или половина стороны квадрата) пьезопластины, м;
- путь, пройденный акустическим сигналом в нагрузке, м.
Значения параметра взаимности
для ПЭП с круглой пьезопластиной, нагруженного на воду
1 -
=10;
2 -
=15; 3 -
=20; 4 -
=25; 5 -
=30; 6 -
=35;
7 -
=40; 8 -
=50; 9 -
=60; 10 -
=70; 11 -
=80; 12 -
=90;
13 -
=100; 14 -
=150; 15 -
=160-400; 16 -
=500-1600
Черт.16
Значения параметра взаимности
для ПЭП с квадратной пьезопластиной, нагруженного на воду
1 -
=10;
2 -
=20; 3 -
=25; 4 -
=30; 5 -
=35; 6 -
=40;
7 -
=45; 8 -
=50; 9 -
=60; 10 -
=70; 11 -
=80; 12 -
=100;
13 -
=150; 14 -
=200-400
Черт.17
Значения параметра взаимности
для ПЭП с круглой пьезопластиной, нагруженного на органическое стекло
1 -
=2,0; 2 -
=2,5; 3 -
=3,0; 4 -
=3,5; 5 -
=4,0; 6 -
=5,0;
7 -
=6,0; 8 -
=7,5; 9 -
=10,0; 10 -
=12,5; 11 -
=15,0; 12 -
=20,0; 13 -
=35
Черт.18
Значения параметра взаимности
для ПЭП с круглой пьезопластиной, нагруженного на алюминиевый сплав Д16Т
1 -
=10;
2 -
=12; 3 -
=14; 4 -
=16; 5 -
=18; 6 -
=20;
7 -
=25; 8 -
=30; 9 -
=40; 10 -
=60-205
Черт.19
Значения параметра взаимности
для ПЭП с круглой пьезопластиной, нагруженного на сталь 45
1 -
=2,0; 2 -
=5,0; 3 -
=7,5; 4 -
=10,0; 5 -
=12,0; 6 -
=14,0;
7 -
=16,0; 8 -
=18,0; 9 -
=20,0; 10 -
=22,0; 11 -
=26,0; 12 -
=30,0;
13 -
=40,0; 14 -
=60,0-120,0
Черт.20
Когда конструкция ПЭП или материал акустической нагрузки не позволяют воспользоваться для вычисления параметров взаимности черт.16-20, значения
должны быть указаны в технических условиях на конкретный тип ПЭП.
2.5.3. Максимальные значения
, измеренные по п.2.5.2, являются коэффициентами преобразования
, a соответствующие частоты являются частотами
.
Ширину полосы пропускания
, МГц, вычисляют по формуле
, (14)
где
,
- соответственно верхняя и нижняя границы интервала частот, МГц, включающего в себя
, на которых
принимает значения на уровне минус 3 дБ.
Неравномерность амплитудно-частотной характеристики
, МГц, вычисляют по формуле
, (15)
где
,
- минимальные (максимальные) значения
,
, соответственно, в рабочей области частот ПЭП.
2.5.4. С целью повышения производительности измерений определение параметров
,
,
может быть выполнено с помощью диэлектрических преобразователей, как указано в приложении 3, а определение
,
- методом сравнения с ПЭП того же типа, параметры которого измерены по пп.2.5.1-2.5.3.
В этих случаях допускается измерение
выполнять на частоте, равной номинальному значению
.
2.6. Метод измерения времени распространения звука в призме
2.6.1. Аппаратура
Измерения следует проводить на установке, схема которой приведена на черт.1.
Электронный блок УПНК, акустические нагрузки и стандартные образцы должны соответствовать пп.1.9, 1.11 и табл.1, осциллограф - п.2.1.
2.6.2. Подготовка и проведение измерений
Измерение
следует проводить с использованием трех однотипных ПЭП. Один из них подключают к генератору, а второй - к приемнику УПНК. Устанавливают прямые совмещенные ПЭП, как показано на черт.21а, раздельно-совмещенные ПЭП и наклонные ПЭП - на черт.21б. Притирая рабочие поверхности ПЭП и перемещая ПЭП один относительно другого, добиваются получения максимального значения сигнала на экране приемника. С помощью осциллографа измеряют интервал времени между импульсом возбуждения и принятым сигналом. Повторяют указанные операции, используя первый и третий, а также второй и третий ПЭП. Время распространения звука в призме определяют по формуле
(16)
где
- время распространения звука в призме
-го преобразователя, мкс;
- измеренный в микросекундах интервал времени при использовании в качестве излучателя
-го и приемника
-го ПЭП;
равны 1, 2, 3.
1 - первый ПЭП; 2 - второй ПЭП; 3 - призма первого ПЭП; 4 - призма второго ПЭП
Черт.21
2.6.3. Если выполняются условия:
наклонные раздельно-совмещенные ПЭП имеют одинаковые номинальные геометрические размеры призм;
наклонные ПЭП имеют номинальные значения
, где
- время распространения звуковых волн в акустической нагрузке, соответствующей черт.3;
импульс возбуждения не маскирует эхо-импульс от свободной грани призмы прямых совмещенных ПЭП - измерения
следует проводить следующим образом. Подключают измеряемый ПЭП к УПНК и устанавливают его на акустическую нагрузку или стандартный образец, как указано в п.2.1.2. Схема расположения наклонных ПЭП для возбуждения объемных волн должна соответствовать черт.22. Акустической нагрузкой для прямых ПЭП с призмой (акустической задержкой) и наклонных раздельно-совмещенных ПЭП служит воздух. Притирают ПЭП к нагрузке и добиваются получения максимальной амплитуды эхо-сигнала, как указано в п.2.1.2.
Черт.22
Измеряют по экрану осциллографа для раздельно-совмещенных и прямых ПЭП с призмой временной интервал в микросекундах между импульсами возбуждения и первым эхо-импульсом от рабочей поверхности призмы; для наклонных ПЭП - между импульсом возбуждения и первым и вторым эхо-импульсами. Полученное значение интервала для раздельно-совмещенных и прямых ПЭП с призмой является удвоенным временем распространения звука в призме
. Время распространения звука в призме
, мкс, для наклонных ПЭП определяют по формуле
