阮经妹
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影响超声波清
超声清洗的物理机制主要是超声空化，所以要达到好的清效果必须选适
声强。声强愈高，化愈强烈。但声强达到一定值后，空化趋于饱和。声强会产生大量泡增加散射衰减，时声
频率。频率越高空化阈愈高，也说要产生声空化，频率愈高，所需的声强愈大。例如在水中要产生空化，在400kHz 所需要的功率要比在10kHz 时大10倍。一般采用的频率范围是20—40kHz 。低频空化强度高，适用于大清洗件面污物与清洗件表面结合强度高的合，但不透和表形状复杂的部件，且噪声大；较高频率虽然空化度较弱，噪声，适用于较复杂表面形状、狭缝及污物与清洗件表面结合力的清洗。 声场分布。稳定混响场对洗有利，如果清洗槽中有驻波声场，则因声压分布均匀，清洗件得均匀的清洗。因此，可能条件下，槽的几形状要择适于建立混合声场的形状。除此以，以采用双频、多
清洗液的温度。温度高液体的表面张力系数和粘滞系数会下降，因而空化阈值下降，使易于产生；但于温升，蒸汽压增大降低空强度。水的较佳温度为60摄氏度，不的清洗剂
粘滞系数。粘滞系数大的液体难于产生空，而且
蒸汽压。蒸汽压低，空化阈高，产生的空泡少，但空合时产的冲击力大。反
表面张力。液体的表面张力大，空化强
液体中所含气体的种类。气体的比热容越大，空化强度越高。因此，使
此外，清洗液不流动时对空化有利，但清洗液不经过环，则物会重新沉于
超声波空化的影响因素
超声波空化的影响因素 超声波空化作用的强与声学
1) 超声波强度 超声波度指单位面积上的超声功率，空化作用的产生与超声波强度有关。对于一般液体超声度增加时，空化强增大，但达到一定值后，空趋于饱和，此时再增加超声波强度则会产生大量用气泡，而增加了散射
2) 超声波频率 超声波频越低，在液体中产生空化越容易。也就是说要引起空化，频率愈高，所需要的声强愈大。例如：中生空化，超声波率在400 kHz时所需要的率要比在10 kHz时大10倍，即空化是随着频率升高而降低。一般采用的频率
3) 体的表面张力与黏滞系数 液的表面张力越大，空化强度越，越不易于产生空。黏系数大的液体以产生空化泡，而且传播过程中失也大，因此同样不易产生空
4) 液体的温度 液体温度高，对空化的产生越有利，但是温度过高，泡中蒸汽增大，因此气泡闭合时增强了缓冲作用而使空化减
温度对超声波声速影响的研究
孙。等:温度对超声波声
温度对超声波声
孙钟刁海波苏万钧邢
津300452)
要:本文结合海油程生产实践，自行设计恒温实验箱拟场地环境
关词:超声波探伤
且根斯涅耳公式，材料中的声速决定了折 1(言 射角，从而影响缺陷的定位和定量。所
找出度变化对超声波声速的影响律，对 仪器的调校通常在室温下进行，温度 指工程实践有要意义。 lO,30?左右。而室外坏境造成被检工件
表面度冬季最低可达一10?以下、夏季最 2(实设计高温
2(1 要的声参数，是测量传
l超声波检测仪2一温实验箱3一IIW标准试块4一头5一耦合6—保温室7一示波器 8一 干式温度
圈1 系统图 2(2实验说明 14mm;2为自行设计的恒温实验箱，
整个实系统如图l所示。l和4共同图 2;3为实验试块;5为偶合剂，本实采用 组成超声检测系:1GE,krautkramer生 机油;7
35 产的数字式超声
4分为泛美生产的高温直探头5MHz,?= 第一作者:孙钟。男，1977年出，程师。无损 14mm或高温斜探头(60。)5MHz,0= 检验部经
’201 719I全国钢结构
其他篇 示波器;8为干式温度计;
3(数据采集
考虑普通探头在高
问题，因此本实验分
(600)探头在一20,120,温度范围内进
检研究。 行 3(1 温
(1)采用高温直探
随温度变化
依据从超声仪及示波
数，绘制温度——纵
图3所示:
由图4可以看出，超
到的据基本相同，并且着温度升高，纵 图2恒温实箱设计图
都需要提前好准备工 (2)采用温斜探头(60。)对超横 作，包括:1(检恒温实验箱是运行良 波声速随温度变化的研究:好;2(超声波测仪及探头是否良好; 依据从超声及示器上分别采到 3(示波器及干式温度计是良好;4(试块 数据，绘制温度——横波声速的试验线 及偶合剂是否实验要求准备完好;如果一 切准备就绪，即可按照实验
进行实验。
5940 5930 5920 5910 —59? 望 E 58? 瑙5880 仗
5870
58? 5850 5840 5830 140一40(30(20(10 O 10 20?加50?70 80 90 100”0 120 130
温度(?)
图3声检测仪与示波器检声速曲线 ’201 720 l
孙钟，等:温度对超声波声速影
图4拟和直线图 3200
3195 3190
3185
3180 3175
—、3170 罢3165 七 一3160
期3155 报
3150 31453140
3135
3130 3125
3120
3115 -40-30-20-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 120 130 140 100?O
温度(?) 图5超声检测仪与示
波器检测声速曲线
由图5可看出，超声仪及示波器采集 从图中以看到在一20120?温度范 到的数据基本相同，并且随着温度高，横 围内，随着度值升高，声速是逐渐下降 波声速线性下降。拟和声速一温度曲线图 的，总体说声速一温曲线近似为一条 如图6所示: 直
’201 721l全国钢结构
其
一差一艘枝
::;} ?鲇?皓?加??弱?艏???筋?俘甜甜铆研钔引
图6 拟和直线图 2001( 2(李喜孟(无损检测[M](北京:机械工业出版 4(结论
社(2001( 通过对实验采集到的不同组数据进行 3(关口、阎长周、陈文虎等(高温环境下超
细的析比较，得出如下结论: 波横波检测技术[J](压力容
4(n和、阎长周、陈文虎、陶元宏(高温环境 (1)在20—120?温度范围内，随
下压力容器与道线超声波检测技术[J](压力容 温度的升高，纵声速渐下降，其下降趋 ，2002，19(8):l一4( 5(谢宝琛、王兆节(斜势近似为一条直线; 探头K值随环境温度的变(2)在一20,1200C温度范围内，着 化[J](无损检测。1989，11(8):226 温度的升高，横波声速逐渐下降，其下降 6(APIRP2X(上结构制造超声检测
参
。 9(施军建:基于opens嘲计平台的
Der 应分析，广建材。2009(25(Armen Kiureghian:Non]inear stochastic dy( 哪ic for lO(古泉:敏感分析，厦门大学土木程学院，performance?based engineer- earthquakeanalysis 2011(5ENGINEERING AND STRUCTUR- ing，EARTHQUAKE AL 11(古泉:可靠分析，厦门大学土木工程学院， DYNAMICS(2009(2 2011(5 6(虎:OPENSEES中纤维模型的研究，
7(小雷:OpeIlsEEs的剪力墙宏观单
13(Frank P慨潍
With 1(58(宁超列:Opense鹤中三种非线性梁柱单元的研 ing 0penS嘲，OpenSeesDays Sh帅glIai，201
究(温建筑技术，2009(3 722 ’201 l全国钢
超声波原油破乳的影响因素_高文庆
超声波原油破
高文庆, 高
(庆油田第三采油厂,
摘 要:于目前三次采油采出的包油乳化原油、污水回收油、老化等, 因其化学成及乳状结构的复性, 及其对常规化学破乳方法高成本, 设备易腐蚀的点, 难以用常规方法破乳脱水。而超声波乳利用声波作用于质同的流体介质产生的位移效应来实油水分离。本文通过实验分析了超声波破乳的几种重要影素, 研究了各种重要数对脱水率的影响, 得到统一的规律性, 根据不同条件, 取最佳破乳参
关
常规化破乳具有成本高、对设备腐蚀、为后续处造成困难以及影响原油品质等严重缺点, 使得人们越来越想开发一新的乳技术。物理法处理术具有成本低、效果好、无污染、便于后续理等突出优点, 成为了人们关的焦
然而, 理法处理技术并不是想象那么简单, 声波在一定条件可以破乳, 而在另一条件下也可以致乳。因此, 包超声波在内的物理法处理技术关在于物理数的合理选择。如果物理参选择的好, 不仅仅可以达到预期的效果, 且还可以大提高处理效率。这就是我们所期待的研究和达到的目
2 影响因素2. 1 超声波的频率与声强
超声波频率与声强, 是超声波破乳的最主要波参数。研究它们对破乳效果的影响况, 将为超声波发生的研提供更加合理的参。图1为不同频率超声波(65℃) 乳的脱水率与无量纲声强之间的关系
。
图1的实验果表明, 超声波的频率破乳效果的影响没有明显差, 这是由于在实范围内, 超波频率的大在一定量级的范围内只影响粒子向波腹或波运动所走的距离, 而对破乳效果的影响一定级内是不明是以理解的〔1〕。也许在实验频范围内, 超声波的频率对破乳效果的影响是较小的, 而在它范围内影响则能会出现明显差别。但我们所关心的是超声波对破乳是否有效。2. 2
原油的粘度随温度升高而降低, 化液也一样, 温度越其粘度越低。原油或化液的粘度越高, 其升温粘效果也越显著。当温度升高后, 粒子乳状液中的运动阻力减小。同时, 结水沉降时受的力小, 沉降速度加快。因此, 当温度升高后, 脱水效果明显提高。图2为在不温度件下用超声波(20kHz , 50W , 作用20分钟) 处理乳液时的破乳
。
图2 温度对超
图1 超声波频率
由2看出, 随着温度
:
一要根据不同性质的乳化液选
。
高。实上, 温度升高后, 原油和乳化液粘降低, 超声波的穿透能力增强, 使粒子运动加剧位移增。另, 介质粘度降低, 沉降时间也将缩短, 从而一步加了超声波处理效果。2. 3 作用
作用时间映在处理强度上。一般认为, 处时间越长, 处的强度就越大, 因此处理效果就越好。实际情况非如此, 处理时间和处理强度是有一限度或最佳期。图3为超波(21kHz , 50W , 65℃, 无量纲强为0. 2) 处理乳状液不同时间所得的脱
。
图4 处理功率对
3 结语
根大量的文献资料调
结果, 可以得出
①在有条件下, 超声波破乳的效果可以达化学破乳的水平, 即脱水率可达60%以上。②超声波声强影响超声波破乳的要因素, 在实验条件下, 无量纲声
图3 处理时间对
③实验条件下, 超声波的频
④声波的作用时间和功率并不是强越大越好。应控制在合理的范围
⑤乳时的温度越高, 破乳效果越好。据实际条件, 要采用合理的破乳温
⑥由乳化液的性质、乳程度等诸因素都有所不同, 因不能以一定件下的研究结果对所有条件进行普遍应
〔参考文献〕
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剂在河联合站的试验与应用[J].石油地质与
由图看出, 本验条件下, 最佳处理间应为35～60min 。是于处理强度同处理声相类似, 在低处强度条件下, 一般随着处理强度的提高, 破乳的效果显著, 是可以理解的。但当处理强度提高到一定水平, 由会促使破乳的化重新乳化, 因此就会降低破乳的效〔2〕。这也和文献资料报道的超声波在一定条件下可以破乳, 而在定条件下也可以致是相一致的。因此在实应用中, 确定最佳处理时间是非常重要的。2. 4 处理
图4超声波(21k Hz, 65℃, 处理时间为30min , 无量纲声为0. 2) 在不同处理功率条件下的破乳效
由图中可看出, 在实验条件下, 功的峰值不明显, 这与所选择的功率范围有关。在本实验条件下, 最佳功率为40W 左右。于介质同以及乳化液的类型不, 这一结果将会有所差别, 峰值能向左或者右移动, 这是正常的。因此, 在际应用
[3]
影响超声波传感器性能的因素
关键工序对超声波
先介绍有关超声波
本公司生产的列超声波传感器（裸头），主性能指有：频率、余振和灵敏度。三者之间紧密耦合，互影响，互制约。超声波传感器关键压电瓷晶体芯片，当在体芯片两端加以适当幅适当频率的驱信号时，瓷芯片便会产生机械振动，同时动周围空振动，形声波，在空气中传播；同时，当上述声波在空气传遇到障碍物，就会产生反射，反射波反传压电体，由于压电陶瓷晶体是可逆的，机械震荡信号便会转变为电信。故利用压电晶体作为核心芯片超声波传感器可以制作为收发体的式。根据发射信号和射信号时间差和声波在空气中传播速度，便可计算出障碍物至传感器的距，这就是超声波测距原理。而障碍物距离探头太近时，传感器便无法分辨发射波与反射波，导致的物理盲区。另外，驱动信号的频率与陶瓷芯片的固有频率越近，陶瓷芯片共振现象越明显，机电耦合系数越大，电能换为机械能的效率就越，陶瓷芯片就能产生量更高的机械震荡波，发出片本能够达到的最高灵敏度。一般工业用领域内，超声波传感器发射的超声波为纵波。本司生中心频率为40KHz和58KHz感器。这一频段的声波，大于人耳能别的声音范围：20Hz~20KHz，属于超声波的频段范畴，称之为超声波传感器（以下简为传感器）。尽管如此，实际生产出的产品发出的声波带宽很宽，甚至会超出超声波的频段范围，实际况是肯定会超出并进入到人耳别的频段，这
有谐波思想懂傅叶换的人很容易理解。所以在产品连接好板，测试产品的性能，可利用这一点检查主板是否常工作和线路是否为路。如果将传感靠近耳朵，能够听到节奏很快的“滴滴滴”声，说明主板工作线路通。而通常所说的单角度和双角度是指超声波感器的指角问，所谓指角，是指超声波在空气中传播时形成的声场中的瓣声场的角度范围。在实际物理应用中表现为位传感器前方能够探测的碍物水平方向和竖直方向的布范围。一般单角度是指向较窄在±30度范围内，而双角度是指向角是普通的2倍，即±60度以
另外，余振灵敏度两个性能指标相互制约的，所有使余降低的工序，都会导灵敏度的降低；而所有提灵敏度的工序，都会增大余振。所以，在品生产，追求余振小和灵敏度高的程中，定要权衡弊，努力寻找最合适的舍取点。大概了解一下本司产品，和关键工序对产品的影响况。面理性的、详的分析一下公司现生产工艺、关键工序对传感器三个能指标的影
1. 影响产品
1.1调频工序
公现有两种方法调整传感器频率：化学调和物理调频。两种方法都只能将频率调
其中，化学调频为用过量的火碱溶NaOH与裸探头反应，再用稀硝酸清洗铝壳，中和碱液。以小铝外壳的厚度，降低其固频率。化学反应方程式如
2Al+2NaOH（过）+2H2O=2NaAlO2+3H2↑
NaOH+HNO3=NaNO3+H2O
其中，如碱液或者酸液量不够的话还会产生Al（OH）3沉淀。同时，由反应方程式可知，化学调频中产生了可燃性体H2，所以在进行化学调频时一要注意间开阔通风，禁止明火。以免当空气中氢气浓度达到爆炸极限时，生全事故。另，此种调频式适用于相对大幅度降低产品固有频
而理调频方法是将铝外壳底部打磨变薄，便可在较小范围内调低产品固有频
1.2打保护焊
一来讲保护焊点和焊引线的焊点如果打得
原因分析：直打在陶瓷震荡片上的保护点和引线焊点，和陶瓷震荡成一体，直接增加了芯震荡的有效质量。当陶瓷震荡在驱动信号的作用下，开始震荡时，由于震荡的效质量变大，由物体的固有频率与物体质成反比物理规律可知：保焊点和焊引线的焊点如果打得过大，会造成产品频率降低。而这种质量的增加幅度又不是很大，以只很小程度上（相比我司产品的固有频40±1kHz而言）降低产品的频率，比
1.3原材料对
一般讲经过筛选分类的原材——芯片的一致性非常好，频率范围较定，不会为成品频率不良的原因。所以原材料——铝外
成品的率影响就至关重要了，特别是铝外壳的底、平行度、一致性等因素都会对产品频产生重要影响。这样看，IQC检验规范中，对铝壳底厚的检验，不光有最大值、小值，有平均值的限制，如此苛刻就不为怪
另外，我司所有工序几乎都会使最终产品的频率降低。所以原材的频率要求要比成品高1kHz左
2．影响产品
2.1打底胶、填吸音
“打底胶、填吸音棉、填软木、压实”这些工序会接影响陶瓷震荡腔形成，进而直接影响产品的余振情况。底胶未打好、吸音在两耳朵出未压实、软木未压实会产品产生振大的不良现象。所以这四工序是否受控，直接影响产品性能。而这种响，在我公司，我得不说并没有够的措施将其有效引导到希望满意的方
2.2扣胶工序
实的操作证明，扣胶操作能
原理猜测下：未进行扣胶操作时，所打胶着于铝外壳内上，所形成的内聚力在水平方向上；而进行扣操作之后，圆柱形胶面顶部会缩，进会对圆柱形胶下部产生当的向下的挤压力，挤压吸音棉和软木，从而为芯提供一个相恒定的震荡腔，起到减小震的效
2.3产品中测工序
虽然产中测工序只一个量频率，并判断是否合格的环节。表上看，这种二值断筛选工序，似乎不会对品的性产生实质性的影响。但是有句话“量引起质变”，实践证明，如成测测得的产品余振大，很有可能就是产品中测工序未将频率高出规定上限的NG品挑出造成的。高了，余振会变大。这似乎是有什联系的。但细细想就会发现这其的缘由很简：实际中板为传感器供的是个宽带驱动信号，当传感固有频率升高时，宽带驱动信中频率较高的部分使芯片产生共振，传感发出频率较高的声波震信号；生活经验告诉我们在样条件下，震荡的更快的物体停止振动所要的时间更长一些。同理，让高频震的陶瓷芯片停止振动所需要的时间更长一些，这种情况线性映射到示波的屏幕上就表现为余振偏
2.4封一道胶、封二道胶工序
本一直认为，封一道胶和封
产生一定的影，且这种影响不能忽略不。因为有一次在处理品质异常，本将余振不良品返修，在道胶还未完全凝干透时，测试产品的性能，结果是：余振线布满了整个屏幕，以至用规定的扫描时间档位不能读出余振数值；而二道胶完干透时，再进测，余振已经明显变小了。但是这还不能定封胶工序就一定会对产品余振产生可观影响，如需确定还计更严的实验方案。比如，同一种产品封胶种类同最后测试对比性能，或者对比封胶和不封胶的一种产品的性
3．影响产品灵
3.1产品中测工序
产品中测序不光要测量产品的频率，还要测产品的幅度，而产品的幅度指标，与最终成品的灵敏度指标呈相关趋势。即幅度越高，成品敏度越；幅度越低成品灵敏度低。所以，为了不让不良品流转到后续工，而浪费力物力，在品中测环节就要筛选出幅不良产
3.2影响产
由超声传感器频率和灵敏度之间相互影响、相互制约关系可知，所有影响产品频率的工序都会对品的灵敏度造成一定影响。率过高过低，超出驱动信号带宽范围，都不能使传感器芯片有效生共振，电耦合效下降，必然造成产品的敏度降
补充一，个人认为不同的产品，有些补电容、有些电阻，所补电容电阻的值的大小又不一样，目的只是使得整个产品的外阻值与主板的阻抗相匹，以提高有效地相互之间耦合信号能力。 附 本司关键测量设备工作原理和试技
1. 频率扫
要了解频率扫描仪的工作
刻的理解。将传感器看做一个“黑箱”，的输入信号为率扫描仪的扫频信号，每一个频率对应屏幕上直于X轴的一条线L1；由前所述的电可逆转换原理可知，对于每一个特定频率的信号，“黑箱”会产生一响应信号，应信号和输入信号的幅比值再
数之后，得到一个dB值，每个分贝值对应屏幕上直于Y轴的一条线L2；L1与L2两条的交点就是传感器频率特性曲线上一个点，当扫描仪按照带宽设定产扫频信号，屏幕上就会得到一条完整的率特性曲线。此时也不难理解，曲线上最高的方对应产品固有频率，因为这个频率点上“黑箱”输出的号幅度最
2. 数字示
2.1数字示波器波形不
摁
置，波形就会稳定；抑或调整触发，选择频率较低的通道作为触发
2.2接好主板后，先按auto键，如果显示没有波形则板未接好，者线路不通。没有信号送到示波器任何通
3. 电容
电路可分为
3.1电容／电压变换电路，将被电容量转换为相应的电压值，由单稳触发路现；由时钟冲、电容／脉宽变换、积分电路以及挡位选择等单元组
3.2毫伏级数字电压表，功能是电压测量并显示。双积分A／D转换器和三位半lED显示屏组
测量理：在时钟脉冲一时，电容量越大，输出脉宽越宽，分所得电压就越大，毫伏级数字电压表显示数值就越
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