《自动检测技术》-第八章

8.1湿敏电阻传感器8.1.1大气湿度与露点在我国江南的黄梅天，人们经常会感到闷热不适，地面返潮，这种现象的本质是空气中的相对湿度太大造成的。湿度的检测与控制在现代科研、生产、生活中的地位越来越重要。例如，许多储物仓库在湿度超过某一程度时，物品易发生变质或霉变现象;居室的湿度希望适中;而纺织厂要求车间的湿度保持在RH60%~70%;在农业生产中的温室育苗、食用菌培养、水果保鲜等都需要对湿度进行检测和控制。下一页返回8.1湿敏电阻传感器1.绝对湿度与相对湿度地球表面的大气层是由78%的氮气、21%的氧气、一小部分二氧化碳、水汽以及其他一些惰性气体混合而成的。由于地面上的水和植物会发生水分蒸发现象，因而大气中水汽的含量也会发生波动，使空气出现潮湿或干燥现象。大气的水汽含量通常用大气中水汽的密度来表示。即以每立方米大气所含水汽的克数来表示，它称为大气的绝对湿度。要想直接测量大气中的水汽含量是十分困难的，由于水汽密度与大气中水汽的分压强成正比，所以大气的绝对湿度又可以用大气中所含水汽的分压强来表示，常用单位是mmHg或Pa。上一页下一页返回8.1湿敏电阻传感器在许多与大气湿度有关的现象中，如农作物的生长、有机物的发霉、人的干湿感觉等都与大气的绝对湿度没有很大的关系，而主要是与大气中的水汽离饱和状态的远近程度即相对湿度有关。所谓饱和状态是指在某一压力、温度下，大气中的水汽的含量的最大值。相对湿度是空气的绝对湿度与同温度下的饱和状态空气绝对湿度的比值，它能准确说明空气干、湿程度。在一定的大气压力下，两者之间的数量关系是确定的，可以查表得到有关数据。上一页下一页返回8.1湿敏电阻传感器例如，同样是17g/m3的绝对湿度，如果是在炎热夏季的中午，由于离当时的饱和状态尚远，人就感到干燥;如果是在初夏的傍晚，虽然水汽密度仍为17g/m3，但气温比中午下降很多，使大气水汽密度接近饱和状态，人们就会感到汗水不易挥发，因此觉得闷热。在前面所举的例子中，在20℃、一个大气压下，1m3的大气中只能存在17g的水汽，则此时的相对湿度为100%RH。若同样条件下的绝对湿度只有8.5g/m3，则相对湿度就只有50%RH。在上述绝对湿度下，将气温降至10℃以下时，相对湿度又可能接近100%RH。这就是为什么在阴冷的地下室中，人们会感到十分潮湿的原因。上一页下一页返回8.1湿敏电阻传感器2.露点降低温度可以使原先未饱和的水汽变成饱和水汽而产生结露现象。露点就是指:使大气中原来所含有的未饱和水汽变成饱和水汽所必须降低温度而达到的温度值。因此，只要测出露点就可以通过查表得到当时大气的绝对湿度。这种方法可以用来标定本节介绍的湿敏电阻传感器。露点与农作物的生长有很大关系。另外，结露也严重影响电子仪器的正常工作，必须予以注意。上一页下一页返回8.1湿敏电阻传感器8.1.2测量湿度的传感器水是一种强极性的电解质。水分子极易吸附于固体表面并渗透到固体内部，从而引起固体的各种物理变化。如早期人们使用毛发吸水而变长的毛发湿度计以及湿棉花球因水分蒸发而温度降低的干湿球湿度计等。将湿度变成电信号的传感器有红外线湿度计、微波湿度计、超声波湿度计、石英晶体振动式湿度计、湿敏电容湿度计、湿敏电阻湿度计等。湿敏电阻又有多种不同的结构型式。常用的有金属氧化物陶瓷湿敏电阻、金属氧化物膜型湿敏电阻、高分子材料湿敏电阻等，下面分别予以介绍。上一页下一页返回8.1湿敏电阻传感器1.金属氧化物陶瓷湿度传感器金属氧化物陶瓷湿度传感器是当今湿度传感器的发展方向。近几年研究出许多电阻型湿敏多孔陶瓷材料，如LaO3-TiO2、SnO2-Al2O3、La2O3-TiO2-V2O5、TiO2-Nb2O5、MnO2-Mn2O3、NiO等。下面重点介绍MgCr2O4-TiO2陶瓷湿度传感器，其结构示意图如图8-1所示。上一页下一页返回8.1湿敏电阻传感器MgCr2O4-TiO2(铬酸镁-氧化钦)等金属氧化物以高温烧结的工艺制成多孔性陶瓷半导体薄片。它的气孔率高达25%以上，具有1μm下的细孔分布。与日常生活中常用的结构致密的陶瓷相比，其接触空气的表面积显著增大，所以水汽极易被吸附于其表层及其孔隙之中，使其电阻率下降。当相对湿度从1%RH变化到95%RH时，其电阻率变化高达4个数量级左右，所以在测量电路中必须考虑采用对数压缩技术。其电阻与相对湿度关系曲线如图8-2所示。上一页下一页返回8.1湿敏电阻传感器由于多孔陶瓷置于空气中易被灰尘、油烟污染，从而堵塞气孔，使感湿面积下降。如果将湿敏陶瓷加热到400℃以上，就可使污物挥发或烧掉，使陶瓷恢复到初始状态。所以必须定期给加热丝通电(见图8-1(b))。陶瓷湿敏传感器吸湿快(3min左右)，而脱湿要慢许多，从而产生滞后现象，称为湿滞。当吸附的水分子不能全部脱出时，会造成重现性误差及测量误差。上一页下一页返回8.1湿敏电阻传感器有时可用重新加热脱湿的办法来解决。即每次使用前应先加热1min左右，待其冷却至室温后，方可进行测量。陶瓷湿敏传感器的湿度一电阻的标定比温度传感器的标定困难得多。它的误差较大，稳定性也较差，使用时还应考虑温度补偿(温度每上升1℃,电阻下降引起的误差约为1%RH)，陶瓷湿敏电阻应采用交流供电，(例如50Hz)若长期采用直流供电，会使湿敏材料极化，吸附的水分子电离，导致灵敏度降低，性能变坏。上一页下一页返回8.1湿敏电阻传感器2.金属氧化物膜型湿度传感器Cr2O3

、Fe2O3、Fe3O4、Al2O3、MgCrO4、ZnO及TiO2及等金属氧化物的细粉吸湿后导电性增加，电阻下降(见图8-2)。吸附或释放水分子的速度比上述多孔陶瓷快许多倍，图8-3是金属氧化膜型湿度传感器结构示意图。在陶瓷基片上先制作把金梳状电极，然后采用丝网印刷等工艺，将调制好的金属氧化物糊状物印刷在陶瓷基片上。采用烧结或烘干的方法使之固化成膜。这种膜在空气中能吸附或释放水分子，而改变其自身的电阻值。通过测量两电极间的电阻值即可检测相对湿度。响应时间小于1min。上一页下一页返回8.1湿敏电阻传感器3.高分子湿敏电阻传感器高分子电阻湿度传感器是目前发展迅速、应用较广的一类新型湿敏电阻传感器。它的外形与图8-3相似，只是吸湿材料用可吸湿电离的高分子材料制作。例如，高氯酸锉一聚氯乙烯、有亲水性基的有机硅氧烷、四乙基硅烷的共聚膜等。高分子湿敏电阻具有响应时间快、线性好、成本低等特点。上一页返回8.2噪声的测量从物理学角度来讲，噪声是指声音强弱和频率变化都杂乱无章、没有规律的声音。从生理学角度来讲，凡是人们不希望听到的、令人烦恼和不安的声音均可称为噪声。随着近代工业的发展，噪声已成为一种严重的公害。噪声不仅妨碍人们的工作、学习、生活和休息，严重时还会引起疾病和事故。高强度声压还能破坏建筑物和影响仪器的正常工作。因此，防治噪声已经成为工程技术人员的重要任务之一。精确地测量、分析噪声将为控制噪声源、改进产品设计及工艺、制定环境保护措施和法律提供必要的依据。下一页返回8.2噪声的测量8.2.1噪声的物理度量噪声是一种声波，它具有声波的一切物理特性。噪声与声音采用相同的物理度量方法，用声压级、声强级、声功率等表示其强弱，用占有的频率成分或频谱表示其高低。1.声压和声压级声压是指有声波时，媒质中的压强超过静压力的值。声压用户表示，其单位为Pa。在实际使用时，一般声压均指有效声压，即该点在一段时间内各瞬时声压的均方根值。上一页下一页返回8.2噪声的测量一般正常人双耳刚能听到的频率为1000Hz的纯音，其声压为2X10-5Pa称之为听阀声压;使双耳刚刚产生疼痛感觉的声压为20Pa，称为痛阀声压。由于从听阀到痛阀，声压值相差一百万倍.直接用声压的绝对值表示声音的强弱很不方便。因此，采用一个成倍比关系的对数量一声压级表示。声压级Lp的定义为:该声音的声压与基准声压p0比值的常用对数的20倍，用dB(分贝)作单位，即上一页下一页返回8.2噪声的测量式中，Lp——声压级，dB;p——声压有效值，Pa;p0——基准声压，常取频率1000Hz纯音的听阀声压为基准声压，p0=2×10-5Pa。由式(8-1)可计算出听阀声压级为0dB，痛阀声压级为120dB。由上可知，引人声压级概念后，原来人耳能感觉的相差一百万倍的声音变化范围，已改变为0~120dB的变化范围，而且用声压级表示声音的强弱，与人耳判断声音的强弱变化的感觉大体一致。上一页下一页返回8.2噪声的测量2.声强和声强级声强是指在声场中，垂直于声波传播方向的单位面积上、单位时间内通过的平均声能，用符号I表示，单位为W/m2。相应于听阀声压的声强为10-12W/m2，相应于痛阀声压的声强为1W/m2。这样大的声强范围用线性标尺来度量很不方便，故在声学中用声强级L1来表示。声强级是实际声强I与基准声强I0比值的常用对数的10倍，以dB为单位，即上一页下一页返回8.2噪声的测量式中，L1——声强级，dB;I——实际声强，W/m2。I0——基准声强，常取频率是1000Hz时的听阀声强为基准声强，其值为10-12W/m2。3.声功率和声功率级声源在单位时间内辐射出的总声能称为声功率，用符号尸表示，单位为W。同样，人耳能承受的声功率变化范围也很宽，为方便表达也引人声功率级五，表示声功率的大小。上一页下一页返回8.2噪声的测量声功率级为声功率P与基准声功率P0比值的常用对数的10倍，以dB为单位，即式中，Lp——声功率级，dB;P——声功率，W;P0——基准声功率，P0=10-12W。上一页下一页返回8.2噪声的测量4.频带和噪声的频谱声音听起来有的尖锐，有的低沉，这是由于音调高低不同。声音的高低主要与其频率有关，而噪声往往包含有复杂的频率结构。因此，对工程噪声的测量，不仅要测得总声压级，而且还要弄清噪声含有哪些频率成分，分布在哪些频带上，即要对噪声作频谱分析。为便于分析，将宽广的频率范围划分为若干个频段，每一个频段称为频带，频带上、下限频率相差的距离称为频程。在噪声测量中，常用的频带宽度是倍频程带宽和1/3倍频程带宽。倍频程的中心频率及频率范围见表8-1所列。上一页下一页返回8.2噪声的测量以中心频率为横坐标，声压级(声强级或声功率级)为纵坐标绘制出的图形，称为噪声频谱图，简称噪声的频谱。8.2.2噪声的主观评价由于人耳对声音的感受不仅和声压有关，而且还与频率有关。声压级相同而频率不同的声音，人们听起来是不一样响的;另外，两声压级不同、频率也不同的声音，有时听起来倒是一样响。为了使测量结果能与人们的主观感觉相一致，对声音的高低与强弱还必须有主观评价的量。上一页下一页返回8.2噪声的测量1.纯音的主观评价(1)响度级(LN)响度级是根据人耳特性，参考了声压和频率的综合作用度量声音的一个参数。它既考虑了声音的物理效应，又考虑了人们听觉的生理效应。国际上规定，选择1kHz的纯音为基准声音，凡是听起来同该基准声音一样响的某一频率的纯音，其响度级值就等于基准声音的声压级值，响度级以phon(方)为单位，用符号五、表示。例如，某内燃机的噪声听起来与频率为1kHz、声压级为70dB的基准声音一样响，则该内燃机的响度级为70phon。上一页下一页返回8.2噪声的测量(2)响度(N)声音的响度级只反映与1kHz纯音的某一声压级一样响，不能完全表达人耳对声音感觉的强弱程度。反映噪声和声音强弱程度的是响度，以son(宋)为单位，用符号N表示。其定义是:频率为1kHz、声压级为40dB的纯音的响度为1son。对于其他频率的纯音而言，其响度级为40phon时，响度为1son。实验表明:在响度级40phon的基础上，响度级每增加10phon，相当于响度增加1倍。例如，40phon为1son,50phon为2son,60phon为4son等，依此类推。上一页下一页返回8.2噪声的测量(3)等响曲线声音的客观存在的物理量和人耳感觉的主观量的差异主要是由声波频率的不同而引起的，与波形也有一定关系。为使在任何频率条件下主客观量都能统一起来，通过人耳的听力试验，根据大量典型听者认为响度级相同而得到的纯音的声压级与频率的关系曲线称为等响曲线，如图8-4所示。等响曲线反映了人耳对各种频率纯音的敏感程度。听觉最敏感的频率范围为2000Hz~5000Hz。在频率较低而声压级又不太大的区域，等响曲线很密集，即声压级与响度级的数值相差较大，声压级即使变化很小，声响级也变化很大，这个特点对噪声控制是有利的。上一页下一页返回8.2噪声的测量2.宽带噪声的主观评价噪声一般含有多种频率成分并占据相当宽的频带，即所谓宽带噪声。对于它的评价要比对纯音的评价复杂得多。常用的主观评价参数有:(1)A声级(LA)为了使声压级能模拟人耳对噪声的实际感受程度，从等响曲线出发，在以声级计为代表的噪声测量仪器内，设计一种特殊的滤波器——频率计权网络，使声音信号在通过计权网络后得到不同程度的加权。通过计权网络后测得的声压级已不再是作为客观物理量的声压级，称为计权声压级，简称声级。上一页下一页返回8.2噪声的测量由于等响曲线有很多条，不可能设计许多个滤波器网络把每条等响曲线都进行模拟。为此，国际电工委员会(IEC)规定，通常在噪声测量仪器中设置A、B、C三种计权网络，计权特征如图8-5所示。它们分别模拟了40phon、70phon和100phon三条等响曲线。声压级经A计权网络后得到A声级，以LA表示，单位为dB(A)。A计权网络对高频敏感，对低频不敏感，符合人耳对噪声的感受情况，故一般都采用A声级来测试噪声。上一页下一页返回8.2噪声的测量(2)等效连续A声级(Leq)A声级仅适用于对连续稳态噪声的评价，对噪声级随时间变化的非稳态连续噪声，或不连续的稳态噪声，应采用等效连续A声级。它是指在声场中的某一定点位置上，对某段时间内出现的几个不同A声级，用能量平均的方法，求出一个等效A声级，来表示该段时间内噪声的大小。常用符号几。表示，单位为dB(A)。实际应用中，对有限个A声级测定值，可用下述方法计算。上一页下一页返回8.2噪声的测量首先，将所测得的A声级按次序从小到大(低于80dB的不予考虑)、间隔5dB为一段排列，每段以其算术中心声级表示:80dB，85dB，90dB，95dB，…，其中80dB表示72~82dB的声级范围，85dB表示83~87dB的声级范围，依此类推，则可用下式计算等效连续A声级:式中，T——总的测量时间;Ti——各次测量的时间间隔;LiA——对应于时间间隔Ti内所测得的A声级(dB(A))。上一页下一页返回8.2噪声的测量例8.2如表8-3所示，某厂空压机站操作工人每天工作8h，其中4h在操作室内观察仪表动态，室内噪声为78dB(A);2.5h在机器附近来回检查，声级为104dB(A);1h在距声源10m以外的地方进行设备维修，声级为89dB(A);其他时间，声级在70dB(A)以下。计算该操作工人每天接触噪声的等效连续A声级。解:将所测得的声级按要求列人记录表(表8-2)将数据代人式(8-4),即可求出等效连续A声级为:上一页下一页返回8.2噪声的测量(3)噪声评价数(NR)利用噪声评价数评价噪声，是综合考虑了噪声的强度和频率两个因素的影响，主要用于评定噪声对听觉的损伤、语言干扰和周围环境的影响。NR数可由下式决定:式中，LPB——倍频程声级压，dB；a、b——与各倍频程中心频率有关的常数，见表8-3。上一页下一页返回8.2噪声的测量8.2.3噪声测试仪器——声级计声级计是目前噪声测量中最基本、最常用的仪器。它体积小、重量轻，便于携带，可用于环境噪声、机械噪声、车辆噪声等的测试。声级计还可以配合频谱分析仪器分析噪声频谱。声级计一般分为普通声级计和精密声级计两大类，精密声级计又可分为测量稳态噪声和测量脉冲噪声两种。声级计通常都由传声器、放大器、衰减器、计权网络、检波电路、指示器等组成。图8-6和图8-7分别为精密声级计外形结构和组成框图。上一页下一页返回8.2噪声的测量声级计的工作原理是:声压信号通过传声器被转换成电压信号，进人输人级放大器，经阻抗变换后获得低阻抗输出，微小的电信号被送到输人衰减和放大器进人计权网络(对通过的信号进行频率滤波)而后再经输出衰减和放大器后被送到均方根检波器，对所测信号取均方根值，最后通过指示器以“dB”指示所测信号的有效值。传声器主要有三种:压电式、电动式和电容式，其中以电容式传声器性能最佳。上一页下一页返回8.2噪声的测量8.2.4噪声测试方法噪声测量结果与测量方法密切相关。如测试环境的声响特性、测量点的选择、机械的安装方法和运行状态、所用的测试仪器及其应用条件等。为了得到可靠的可以进行比较的数据，必须按统一的测试方法进行噪声检查和标定。我国已制定了各种机电产品的噪声测量方法的国家标准，为噪声测量提供了规范和标准。上一页下一页返回8.2噪声的测量1.噪声测试对环境的要求(1)测点选择传声器与被测机械噪声源的相对位置对测量结果有显著影响。为了有对比的可能，各国的噪声测量规范对测点的位置均有专门的规定。但有时因为具体情况不能按照规定的测点测量时，则应标明传声器离开噪声源的距离及测点位置。测点选择的一般原则如下:上一页下一页返回8.2噪声的测量1)一般宜选在距机械表面1.5m，并离地面1.5m处。若机械本身尺寸很小(如小于0.25m)，则测点应距机械表面较近些，如0.5m处。但应注意测点与试验室(或一般建筑)内反射面相距在2~3m。特大型的或有危险性的设备，可根据具体情况选取较远的测点。2)测点应在所测机械的规定表面的四周均布，一般不应少于4点。如相邻测点测得声级相差5dB以上时，应在其间增加测点。机械的噪声级应取各测点的算术平均值。上一页下一页返回8.2噪声的测量3)当机械设备的各个噪声源相距较近时，如小型液压系统中的液压泵及其驱动电机是两个相距很近的噪声源，测点宜距所需测量的噪声源很近，如0.2m或0.1m处。4)机械噪声大，测点宜取在相距5~10m处。对于行驶的机动车辆，测点应距车体7.5m，并高出地面1.2m处。5)为研究机械噪声对操作人员的影响，可把测点选在工人经常所在的位置。传声器放在操作人员的耳位，以人耳的高度(平均取1.5m)为准，选择数个测点，如工作台、机械旁等位置。上一页下一页返回8.2噪声的测量(2)背景噪声的修正背景噪声是指被测声源不发声时的环境噪声。噪声测试时声级计指示器的示值实际上是被测噪声(Lpt)与背景噪声(Lpb)的综合值，因此必须修正。其方法是:以A声级测试为例，当被测噪声高于背景噪声10dB时可不予修正，声级计各示值即为所测噪声值;当两者相差小于3dB时，测试结果无效;若两者相差3~10dB之间时，应按表8-4对所测得的噪声值进行修正。即在测量机械噪声时，背景噪声应低于所测机器噪声10dB以上，否则应在所测得的总噪声中扣除背景噪声的扣除值。上一页下一页返回8.2噪声的测量(3)电源、风、气流、磁场的影响电源、风、气流、磁场、温度、湿度等因素都会给测试带来影响，特别是风和气流。风吹到传声器使膜片上的压力发生变化，从而引起风噪声，影响测量的准确性。此时可使用风罩，它是多孔的泡沫塑料制成的球，套在传声器头上，可大大减弱风噪声，而对所测声音却无衰减作用。当测量受到高速风影响时，可用鼻锥代替传声器的保护栅，来降低风噪声的影响。实际测量中，请参考有关资料。上一页下一页返回8.2噪声的测量2.噪声测量示例(1)对某一型号的外圆磨床噪声的测量1)测点布置。对于均匀向四周辐射噪声的机床可只选取一点。但一般情况下，机床是非均匀地向各个方向辐射噪声的，因此应该沿机床周围均匀地选定若干点分别测量，如图8-8所示。2)机床状态。测量时，机床所有运动部件均处于运动状态，按机床主运动正、反方向各级速度，选取中等进给量逐级测量。若被测机床采用齿轮变速、带传动变速和无级变速，应选取正、反向高、中、低速分别测量，以其中最大值作为评价值。上一页下一页返回8.2噪声的测量3)读数。一般使用“快”挡测量，当指针摆动超过4dB时改用“慢”挡。选用“慢”挡时，观测时间不得小于10s，不能过快地变换计权网络和频带，否则会引起读数偏差。4)声功率级计算。在硬反射面上(如水泥地面)，自由声场条件下(即室内总的吸声面积A与测量表面积S之比足够大，使A/S>6)，声压级与声功率级的关系为:上一页下一页返回8.2噪声的测量式中，Lp——机器的声功率级，dB;S——测量表面面积，m2;S0——基准表面积，取S0=1m2;K——环境修正系数，可由图8-9确定;

——测量表面的平均声压级，dB(A)。平均声压级的计算公式为:式中，Lpi——第i点测得的A声级，dB(A);n——测点总数。上一页下一页返回8.2噪声的测量例8.3四个声压级测量值分别为100dB,104dB,105.5dB,106.5dB，求平均声压级。解:将4个测量数据代人式(8-7)得:(2)合成噪声的测量在实际噪声中，噪声源往往不止一个。因此，经常需要在噪声测量中进行有关的分贝运算。在处理分贝量值时，必须牢牢掌握一个重要的概念和事实，即分贝是对数单位，分贝量值不可以进行一般的加减。零分贝并不意味着没有噪声，它只说明所讨论的声级等于基准声级。上一页下一页返回8.2噪声的测量当有两个不同噪声级L1和L2同时作用，且L1>L2时，则总噪声级L为:式中，△L为附加值，它是两噪声级差的函数，其值可由表8-5查得。式(8-8)说明，欲求两个不同噪声级合成后的总噪声级L，应将两噪声级较大的值L1，再加上一个附加值△L。上一页下一页返回8.2噪声的测量例8.4车间内有三台机床设备，运转时各噪声级分别为86dB,87dB和81dB,试求三台机床设备同时运转时的室内总噪声级。解:先把噪声级由大到小按顺序排列，87dB,86dB,81dB，求级差。把从表8-5中对应的附加值加到声级数值大的数上，顺序进行，直到求出室内总噪声级。具体可按如下形式进行噪声的综合运算,如图所示。即室内总噪声级为90dB。上一页返回8.3无损检测技术无损检测是利用声、光、热、电、磁和射线等与被测物质的相互作用，在不损伤被测物质的内、外部结构和使用性能的情况下，来探测材料、构件或设备内部存在的缺陷，并可决定其位置、大小、形状和种类，以达到最经济、最安全、最可靠的目的。8.3.1无损检测方法无损检测的方法有超声波探伤、射线照相探伤、电磁(涡流)探伤、磁粉探伤和渗透探伤等几种。下一页返回8.3无损检测技术1.超声波探伤人们早就应用并掌握了用普通声波不破坏地从物质的外面来检测其内部情况的方法。例如，用手拍拍西瓜外面，听它所产生的声音来判断它是否成熟;利用小锤来敲打铸件的外部，从声响的不同来检验其内部是否存在气孔、裂纹等;医生用手指敲击病人胸腔，以声音来检验内脏是否存在病灶等。上一页下一页返回8.3无损检测技术人们的耳朵可以听到的声波频率范围大致是20Hz~20kHz。频率大于20kHz的声波叫做超声波。用于无损检测的超声波多为1~5MHz的超声波。高频超声波的波长短，不易产生绕射，碰到杂质或分界面就会产生明显的反射，而且方向性好，在液体和固体中衰减小，穿透本领大，因此超声波成为无损检测方面的重要工具。超声波探伤方法多种多样，最常用的是脉冲反射法。而脉冲反射法根据波形不同又可分为纵波探伤法、横波探伤法以及表面波探伤法，下面分别给予介绍。上一页下一页返回8.3无损检测技术(1)纵波探伤法测试前，先将探头插人探伤仪的连接插座上。探伤仪面板上有一个荧光屏，如图8-10(a)所示。通过荧光屏可知工件中是否存在缺陷，以及缺陷的大小和位置。检测时探头放于被测工件上，并在工件上来回移动。探头发出的超声波脉冲，射人被检工件内，如工件中没有缺陷，则超声波传到工件底部时产生反射，在荧光屏上只出现始脉冲T和底脉冲召，如图8-10(b)所示。上一页下一页返回8.3无损检测技术如工件某部位存在缺陷，一部分声脉冲碰到缺陷后立即产生反射，另一部分继续传播到工件底面产生反射，在荧光屏上除出现始脉冲T和底脉冲召外，还出现缺陷脉冲F，如图8-10(c)所示。荧光屏上的水平亮线为扫描线(时间基线)，其长度与工件的厚度成正比(可调整)，通过缺陷脉冲在荧光屏上的位置可确定缺陷在工件中的位置，亦可通过缺陷脉冲幅度的高低来判别缺陷当量的大小。如缺陷面积大，则缺陷脉冲的幅度就高，通过移动探头还可确定缺陷大致长度。上一页下一页返回8.3无损检测技术(2)横波探伤法用斜探头进行探伤的方法称横波探伤法。超声波的一个显著的特点是:超声波波束中心线与缺陷截面积垂直时，探测灵敏度最高，但如遇图8-11所示的斜向缺陷时，用直探头探测虽然可探测出缺陷存在，但并不能真实反映缺陷大小。如用斜探头探测，则探伤效果更好。因此，在实际应用中，应根据不同的缺陷性质、取向，采用不同的探头进行探伤。有些工件的缺陷性质、取向事先不能确定，为了保证探伤质量，应采用几种不同探头进行多次探测。上一页下一页返回8.3无损检测技术(3)表面波探伤法表面波探伤主要是检测工件表面附近是否存在缺陷，如图8-12所示。当超声波的人射角α超过一定值后，折射角几乎达到90°，这时固体表面受到超声波能量引起的交替变化的表面张力作用，质点在介质表面的平衡位置附近作椭圆轨迹振动，这种振动称为表面波。当工件表面存在缺陷时，表面波被反射回探头，可以在荧光屏上显示出来。上一页下一页返回8.3无损检测技术超声波探伤主要用于检测板材、管材、锻件、铸件和焊缝等材料中的缺陷(如裂缝、气孔、夹渣、热裂、冷裂、缩孔、未焊透、未熔合等)、测定材料的厚度、检测材料的晶粒、配合断裂力学对材料使用寿命进行评价等。超声波探伤因具有检测灵敏度高、速度快、成本低等优点，因而得到人们普遍的重视，并在生产实践中得到广泛的应用。超声波探伤不适用于奥氏体钢的铸件和焊缝等粗晶材料，不适用于形状复杂或表面粗糙的工件。上一页下一页返回8.3无损检测技术2.射线照相探伤射线照相探伤是利用射线对各种物质的穿透能力来检测物质内部缺陷的一种方法。其实质是根据被检零件与内部缺陷介质对射线能量衰减程度的不同，而引起射线透过工件后的强度差异，在感光材料上获得缺陷投影所产生的潜影，经过处理后获得缺陷的图像，从而对照标准来评定零件的内部质量。射线照相探伤适用于探测体积型缺陷如气孔、夹渣、缩孔、疏松等。一般能确定缺陷平面投影的位置、大小和种类。例如，发现焊缝中的未焊透、气孔、夹渣等缺陷;发现铸件中的缩孔、夹渣、气孔、疏松、热裂等缺陷。射线照相探伤不适用于检测锻件和型材中的缺陷。上一页下一页返回8.3无损检测技术3.电磁(涡流)探伤在3.2节中介绍过导体的涡流与被测对象材料的导电、导磁性能有关，如电导率、磁导率，也就和被测对象的温度、硬度、材质、裂纹或其他缺陷等有关。因此，可以根据检测到的涡流，得到工件有无缺陷和缺陷尺寸的信息，从而反映出工件的缺陷情况。电磁(涡流)探伤适用于探测导电材料，如铁磁性或非铁磁性的材料，如石墨制品等。能发现裂纹、折叠、凹坑、夹杂、疏松等表面和近表面缺陷。通常，能确定缺陷的位置和相对尺寸，但难以判定缺陷的种类。电磁(涡流)探伤不适用于探测非导电材料的缺陷。上一页下一页返回8.3无损检测技术4.磁粉探伤把铁磁性材料磁化后，利用缺陷部位产生的漏磁场吸附磁粉的现象，进行探伤。磁粉探伤是一种较为原始的无损检测方法，适用于探测铁磁性材料的缺陷，包括锻件、焊缝、型材、铸件等，能发现表面和近表面的裂纹、折叠、夹层、夹杂、气孔等缺陷。一般能确定缺陷的位置、大小和形状，但难以确定缺陷的深度。磁粉探伤不适用于探测非铁磁性材料，如奥氏体钢、铜、铝等的缺