Описание лабораторной работы № 1 «Измерение скорости

распространения ультразвука в твердых телах".

• 1. Цели работы
• 1.1. Ознакомиться с устройством серийного дефектоскопа PCUS-10.
• 1.2. Освоить методику измерения скорости распространения ультразвуковых волн.
• 1.3. Определить значения динамических упругих модулей исследуемых твердых тел.
• 2. Описание лабораторной установки
• 2.1. Лабораторная установка состоит из серийного дефектоскопа PCUS-10, комплекта пьезопрсобразователей, штангенциркуля и набора образцов исследуемых материалов.
• 2.2. В комплект пьезопрсобразователей входят совмещенные прямые и наклонные пьезопреобразователи П-111−2,5-КН; П-111−5,0-КН; П-121 -1,25−40°-Н; П-121−2,5−40°-Н.
• 2.3. В качестве исследуемых образцов (акустической нагрузки) используются стальной и дюралюминевый образцы в форме параллелепипеда.
• 3. Программа работы
• 3.1. Ознакомиться с устройством дефектоскопа PCUS-10 и его работой в режиме контроля эхо-методом.
• 3.2. Ознакомиться со структурной схемой дефектоскопа PCUS-10 и с назначением пунктов меню управления. Выполнить настройку прибора с соответствии с параграфом 1.3.
• 3.3. Проверить работоспособность дефектоскопа. Для этого собрать схему измерения согласно рис. 4.5.

Рис. 4.5. Схема лабораторной установки

Настроить дефектоскоп для работы и получить на экране четкие изображения зондирующего, первого донного эхо-сигналов и строб-импульса.

• 3.4. Определить скорость распространения продольных волн.
• 3.4.1. Определить толщину образцов h с помощью штангенциркуля. Результаты пяти измерений занести в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Результаты измерения скорости распространения продольных волн.

• 3.4.2. Измерить время прихода первого t_x и второго^донных эхо-сигналов на экране дефектоскопа с использованием преобразователей разной частоты. Результаты пяти измерений t занести в табл. 4.1.
• 3.4.3. Рассчитать по формуле (4.8) и занести в табл. 4.1 значения скоростей распространения продольных волн в исследуемых средах для разных частот.

• 3.5. Рассчитать среднее значение скорости распространения продольных волн в образцах и оценить суммарную погрешность ее определения.
• 3.6. Определить скорость распространения поперечных волн.
• 3.6.1. Определить расстояния, проходимые ультразвуком в образце, используя формулы (4.9) и (4.10).

где И — толщина образца;, /₂ — расстояния отточки ввода излучения в образец в положении 1 и 2 преобразователя до поперечной грани образца.

Данные пяти измерений и расчета занести в табл. 4.2.

• 3.6.2. Измерить время распространения импульса в призме преобразователя и образце (/, и t₂) для разных положений датчика с использованием пьезопреобразователей разной частоты. Результаты измерений занести в табл. 4.2.
• 3.6.3. Рассчитать по формуле (4.11) и занести в табл. 4.2. значения скоростей распространения поперечных волн в исследуемых материалах для разных частот:

• 3.7. Рассчитать средние значения скоростей распространения поперечных волн в исследуемых материалах для разных частот и оценить для них суммарную погрешность.
• 3.8. Вычислить динамические упругие модули исследуемых материалов по формулам (4.12), (4.13), (4.14):

где G — модуль сдвига, Па; Е — модуль Юнга, Па; v — коэффициент Пуассона; р — плотность материала, кг/м³.

Таблица 4.2

Результаты измерения скорости распространения поперечных волн.

• 4. Методические указания по выполнению работы
• 4.1. Проверка работоспособности и выполнение измерений (см. п. 3.3).

Настроить дефектоскоп для работы.

Последовательность шагов при измерении

4.1.1. Запустить программу PCUSware3 с рабочего стола.

PCUSware3 начинает работу с открытия файла измерений «Без имени». Логическим каналам 1…4 выделены по умолчанию точки измерений. Все параметры установлены на стандартные значения по умолчанию.

Подключаем преобразователь требуемой частоты.

4.1.2. Меню: «Настройки» — «ДАННЫЕ ПЭП».

В открывшемся окне выбрать соответствующий датчик и нажать «ОК». Если база данных ПЭП пустая или используется ПЭП, параметры которого не занесены в базу данных, ввод параметров нового ПЭП производится клавишей «Добавить».

В окне «Колибр.» выставить задержку, равную 0,01.

После закрытия диалогового окна «Данные ПЭП» командой ОК данный логический канал считается настроенным, функции включения клавиш выбора канала «Р» и «СТАРТ/СТОП» становятся доступными. С этого момента можно начинать измерения.

4.2. Измерение времени прихода эхо-сигналов (см. п. 3.4.2).

Установить преобразователь на поверхность образца и зафиксировать.

В панели «Сигнал» выставить «A-Начало», равное 0, «A-Ширину» — такому значению, чтобы на экране умещалось 2—3 сигнала.

На экране дефектоскопа должны быть два данных эхо-сигнала. В панели «строб» выставить «Ширину» равной 10. С помощью курсора мышки навести строб 1 так, чтобы он захватил первый сигнал.

В панели «Результат» в окне «Время» считать значение Переместить строб 2 на второй сигнал и в поле «Время» считать значение t₂.

Переместить преобразователь в другую точку образца и провести измерение нужное число раз.

Измерение останавливается повторным нажатием клавиш IСТАРТ/СТОП] или F5.

• 4.3. Подсоединить другой датчик и провести действия согласно п. 4.1.6) и п. 4.2.
• 4.4. Заменить образец и провести действия согласно п. 4.1.6) и п. 4.2.
• 4.5. Поменять ПЭП.

Подключить наклонный преобразователь. Установить его на поверхности образца в соответствии с рис. 4.3.

На экране дефектоскопа должен появиться эхо-сигнал. Изменяя усиление, выбрать такое, чтобы сигнал был не меньше половины экрана.

Передвинуть преобразователь на поверхности образца до появления на экране второго сигнала.

Перемещая преобразователь, выбрать точку, где сигнал максимален. С помощью курсора мышки навести строб так, чтобы он захватил сигнал.

В панели «Результат» в окне «Время» считать значение /,.

С помощью линейки замерить расстояние от края образца до точки выхода сигнала. Это будет расстояние /,.

• 4.6. Подсоединить другой датчик и провести действия согласно п. 4.1.6) и п. 4.5.
• 4.7. Поменять образец и провести действия согласно п. 4.1.6) и п. 4.5.
• 4.8. Выход из PCUSware3.

Выход из PCUSware3 возможен через меню «Файл» — «Выход» или при нажатии комбинации клавиш ALT + F4.

Если между последним сохранением и выходом из программы проводились измерения, то появляется приглашение сохранить данные. Все установки также сохраняются в файле измерений.

Записанный файл измерений может быть загружен после запуска PCUSware3 через меню «Файл» — «Выход». Если задана опция «При окончании сохранять», при запуске PCUSware3 автоматически открывается последний файл измерений.

• 4.9. Выполнение расчетов (см. п. 3.5 и 3.7).
• 4.9.1. Рассчитать средние значения и среднеквадратичные отклонения измеренных параметров на компьютере в программе MS Excel.

Определить для скорости ультразвука доверительный интервал случайной погрешности измерения, используя распределение Стьюдента.

• 4.9.2. Принять для параметров длины и времени в качестве границ неисключенных систематических погрешностей основные допустимые погрешности применяемых средств измерений. Учесть, что основная допустимая погрешность для штангенциркуля равна половине наименьшего деления, для дефектоскопа PCUS-10 при измерении временных интервалов — 0,01 мкс.
• 4.9.3. Рассчитать неисключенную систематическую погрешность определения скорости распространения ультразвука С:

где*, — измеряемые параметры; 0, — неисключенные систематические погрешности измеренных параметров, к= 1,1 при Р= 0,95.

• 4.9.4. Определить суммарную погрешность измерения скорости ультразвука (ГОСТ 8.207 076).
• 4.9.5. Результат представить в виде С = с± ДС, Р = 0,95.
• 4.9.6. Расчет упругих модулей (см. п. 3.8).

Для расчета использовать табличные значения плотности стали и меди:

• 5. Содержание отчета
• 5.1. Отчет по работе оформляется в соответствии с требованиями стандарта предприятия СТП УрФУ.
• 5.2. Структура отчета.
• 1) Название и цель работы.
• 2) Описание экспериментальной установки:
  • — краткая теоретическая характеристика приборов, используемых в работе;
  • — структурная схема типового УЗ-дефсктоскопа.
• 3) Теоретическая часть:
  • — методика проведения измерений (схемы распространения ультразвука);
  • — основные расчетные соотношения.
• 4) Экспериментальное исследование:
  • — описание последовательности действий;
  • — таблицы результатов эксперимента (ГОСТ 2.105—81).
• 5) Оценка погрешности результатов исследования:
  • — методика расчета погрешности;
  • — анализ результатов измерений.
• 6) Заключение.
• 7) Список использованных источников.
• 6. Контрольные вопросы
• 6.1. В чем заключается принцип действия типового УЗдефсктоскопа?
• 6.2. Каковы физические основы эхо-метода акустического контроля?
• 6.3. Опишите типы ультразвуковых колебаний.
• 6.4. Дайте характеристику упругих модулей твердого тела.
• 6.5. Какова методика измерения скорости ультразвука?

юз.