结构推理
超声波检测的基础是利用超声波在介质中的传播特性,但是声速与介质温度、压力等因素有关,应如何考虑它们对测量的影响?
【正确答案】解:1.在气体中的纵波声速可写成
(1)
式中,为静态压力;为密度;为定压比热与定容比热之比。
如果将气体看成理想气体,则由理想气体的状态方程可求得
(2)
式中,M为气体分子量;R为气体常数,;T为绝对温度。
将式(2)代入式(1)中,得
(3)
对于空气来说,,代入式(3)
(4)
式(4)表明,对空气来说,影响超声波速度的主要因素是温度,并与绝对温度的平方根成正比。因此,在计算超声波在空气中的传播时,应该考虑温度对其影响。
2.在固体中的纵波声速可表示为
式中,E为弹性模量;为介质密度;为泊松比;K为体积模量;G为切变模量。
这就是说,超声波在固体中的传播,除与E、u、K、G有关外,还与密度的平方根成反比。温度对这些系数的影响较小,但对密度的影响较大。目前尚无密度与温度T变化关系的一般表达式,只能由实验得出在某温度段的系数对该段温度内的变化去修正超声波速度的值。
【答案解析】