И. О. Болотина А. И. Бойцов С. А. Цехановский лабораторный практикум
Учебные материалы


И. О. Болотина А. И. Солдатов С. А. Цехановский лабораторный практикум



Карта сайта




Скачать полную версию работы Вы можете по ссылке Скачать




angrycanadian.ca ^

3. Описание лабораторной установки


Лабораторная работа выполняется с помощью прибора УКБ-1М, предназначенного для измерения времени распространения упругих ультразвуковых колебаний и затухания их в контролируемых материалах с последующим определением качества материала изделий по соответствующим корреляционным зависимостям.
^

Технические характеристики



  1. Прибор позволяет измерять время распространения УЗК при одностороннем и двухстороннем доступе к изделию в пределах от 0 до 5500 мкс.

Диапазон 0–1000 мкс используется для контроля качества на базах прозвучивания до 5000 мм при скоростях УЗК до 5000 м/с. Диапазон измерения 1000–5000 мкс используется для определения времени реверберации УЗК в материале.

  1. Пределы измерения времени по шкале плавного отсчета составляют при положениях переключателя «Множитель»:

«0,5» – от 0 до 50 мкс;
«1» – от 0 до 100 мкс;
«2» – от 0 до 200 мкс;
«5» – от 0 до 500 мкс;

  1. Погрешность системы плавного отсчета и ступени «500» ступенчатого отсчета не превышает 1% от полного значения шкалы.

  2. Измерение времени в пределах от 0 до 5000 мкс осуществляется по шкалам ступенчатого отсчета ступенями через 500 мкс.

  3. Погрешность ступенчатого отсчета времени от 1000 до 5000 мкс – не более 2% от предела соответствующей ступени.

  4. Прибор имеет кварцевый калибратор, вырабатывающий метки с периодом 10, 50 и 250 мкс.

  5. Аттенюатор ослабляет входной сигнал на 60 дб ступенями по (10±2) дБ и на 9 дБ ступенями по 1 дБ.

  6. Коэффициент усиления усилителя при соотношении сигнал/шум, равный 10, составляет 0,3106 .

  7. Нижняя и верхняя граничные частоты полосы пропускания усилителя на уровне 0,7 – не более 10 кГц и не менее 200 кГц.
  8. ^
    Длительность развертки по диапазонам регулируется в пределах

«l» – от 30 до 200 мкс;
«ll» – от 300 до 6500 мкс.

  1. Автоматический сигнализатор времени распространения (АСВР) сигнализирует о совмещении переднего фронта сигнала, прошедшего через материал, с началом развертки в диапазоне от 12 до 1000 мкс.Минимальный уровень сигнала, необходимый для срабатывания АСВР, не более 12 мм по экрану ЭЛТ.

  2. Частота следования импульсов синхронизации в режиме измерения и АСВР – 50 Гц, в режиме калибровки – 400 Гц.

  3. Прибор работает с искательными головками на рабочие частоты 25, 60, 100, 150 кГц.

  4. Питание прибора – сеть50 Гц, 220 В±10%.

  5. Потребляемая мощность – не более 100 ВА.

  6. Масса прибора – не более 15 кг.

Устройство и принцип работы



  1. Принцип работы прибора УКБ-1М основан на импульсном методе измерения времени распространения ультразвуковых продольных колебаний при прозвучивании контролируемого изделия.

Структурная схема прибора приведена на рис. 5.2.

  1. Прибор состоит из следующих основных узлов:

а) задающего генератора (синхронизатора);
б) генератора импульсов УЗК;
в) аттенюатора с предусилителем;
г) усилителя;
д) мультивибратора ступенчатой задержки запуска развертки;
е) генератора ждущей развертки;
ж) фантастрона плавной задержки запуска развертки;
з) автоматического сигнализатора времени распространения УЗК (АСВР);
и) генератора калибровочных меток времени;
к) осциллографического индикатора;
л) головок искательных (пьезопреобразователей);
м) блока питания.
Задающий генератор (синхронизатор) вырабатывает импульсы для запуска ступенчатой или плавной системы задержки запуска ждущей развертки. Начало развертки является отсчетной точкой для измерения времени распространения ультразвуковых колебаний в исследуемом материале.
Синхронизатор содержит кварцевый генератор (КГ) и делители 1:10, 1:100, 1:1000 и формирователь, который запускает генератор синхроимпульсов СИ.


^ Рис. 5.2. Структурная схема прибора
Одновременно импульсами с выхода генератора синхроимпульсов (СИ) через линию задержки Л3 «Установка нуля» запускается генератор УЗК. Электрические импульсы генератора возбуждают искательную головку на резонансной частоте.
Упругие колебания передающей искательной головки при ее контакте с поверхностью контролируемого изделия вводятся в данное изделие (материал).
Прошедшие через изделие упругие колебания, возбуждают приемную искательную головку и преобразуются в электрические колебания, последние через аттенюатор поступают на вход предварительного усилителя. Усиленные колебания подаются на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ для визуального наблюдения и совмещения первого вступления колебаний с началом линии развертки, а через детектор – на вход АСВР.
Прямоугольный импульс схемы плавной задержки (фантастрона) используется в качестве стробирующего для работы АСВР. Отрицательный импульс, соответствующий заднему фронту импульса фантастрона, используется для запуска ждущей развертки.
Начальная длительность импульса фантастрона (при нулевых установках на шкале плавного отсчета времени распространения) составляет примерно 10 мкс.
Пилообразное напряжение генератора развертки подается на горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ.
При измерении времени распространения УЗК свыше 500 мкс запуск схемы плавной задержки запуска развертки осуществляется схемой ступенчатой задержки, которая обеспечивает измерение времени распространения УЗК от 500 до 50 000 мкс ступенями через 500 мкс.
Плавная задержка и ступень «500» ступенчатой задержки калибруются кварцевым калибратором, вырабатывающим калибровочные метки времени с периодом следования 10, 50, 250 мкс (в дальнейшем по тексту именуемые метки 10, 50, 250 мкс). В режиме калибровки метки времени подаются на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ.
Способ измерения времени распространения УЗК заключается в том, что при помощи плавной и ступенчатой задержки запуска развертки передний фронт (первое вступление) принятых УЗК, прошедших через изделие, совмещают с началом линии развертки. При этом суммарная величина введенной задержки по шкалам плавного и ступенчатого отсчетов равна времени распространения УЗК.

  1. Задающий генератор (синхронизатор), вырабатывает импульсы запуска ступенчатой или плавной задержек запуска развертки и генератора УЗК. Синхронизатор выполнен по схеме блокинг-генератора, синхронизируемого напряжением сети 50 Гц в режиме измерения и АСВР или импульсами кварцевого генератора с периодом следования 250 мкс в режиме калибровки.

В последнем случае блокинг-генератор работает как делитель частоты с коэффициентом деления 10.
4. Схема ступенчатой задержки запуска развертки формирует импульсы, задержанные относительно импульса задающего генератора на время от 500 до 5000 мкс и представляет собой ждущий мультивибратор с высокой стабильностью длительности генерируемых импульсов. Изменение длительности положительного импульса осуществляется переключением резисторов и конденсаторов при помощи переключателя “Отсчет ступенчато”. Отрицательный импульс, получающийся в результате дифференцирования прямоугольного импульса мультивибратора, используется для запуска схемы плавной задержки запуска развертки.
5. Схема плавной задержки запуска развертки формирует импульс, задержанный относительно импульса синхронизатора на время от 10 до 500 мкс и представляет собой фантастрон. Запуск фантастрона осуществляется отрицательным импульсом. Длительность импульса фантастрона регулируется потенциометрами «Начало» и «Конец». Выбор диапазона осуществляется переключением конденсаторов переключателем «Множитель».
Импульс, соответствующий заднему фронту, после дифференцирования запускает генератор ждущей развертки.

  1. Генератор ждущей развертки собран по схеме генератора линейно возрастающего напряжения с положительной обратной связью.

  2. Генератор импульсов УЗК вырабатывает импульсы положительной полярности амплитудой не менее 300 В, возбуждающие передающую искательную головку. Схема генератора выполнена на диодных тиристорах.

  3. Усилитель предназначен для усиления принятой приемной искательной головкой сигналов. Усилитель состоит из предварительного усилителя и выходных каскадов. На входе предварительного усилителя включен аттенюатор «Ослабление дБ». На выходе предварительного усилителя включен потенциометр «Усиление». Выходной каскад выполнен по схеме парафазного усилителя, с которого сигнал подается на детектор АСВР – и на вертикально – отклоняющие пластины ЭЛТ через переключатель «Род работы».

  4. АСВР предназначен для автоматической индикации момента отсчета времени распространения УЗК. АСВР состоит из каскада совпадения и мультивибратора. При совпадении во времени заднего фронта строб - импульса и переднего фронта принятого сигнала, прошедшего через изделие, на выходе схемы совпадения выделяется отрицательный импульс, который запускает мультивибратор. Мультивибратор управляет работой реле, которое одной группой контактов замыкает цепь питания сигнальной лампочки «АСВР», а второй группой контактов коммутирует исполнительные механизмы.

  5. Генератор калибровочных меток предназначен для калибровки плавного и ступени 500 ступенчатого отсчета времени распространения. Напряжение кварцевого генератора частотой 100 Гц используется для запуска блокинг-генератора, работающего в ждущем режиме и вырабатывающего метки времени с периодом следования 10 мкс. Для получения меток с периодом следования 50 и 250 мкс используются блокинг-генераторы в режиме деления частоты на 5.

Калибровочные метки времени 10, 50, 250 мкс подаются в режиме калибровки на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ.

  1. Осциллографический индикатор Л8 (8Л04И) предназначен для визуального наблюдения преобразованных импульсов УЗК, определения момента отсчета времени распространения и измерения отношения амплитуды принятых сигналов. Для управления лучом служат потенциометры «Cмещ.Y» и «Смещ.Х». Для фокусировки, регулировки яркости, геометрии и астигматизма служат потенциометры «яркость», «фокусировка» и «астигматизм» соответственно.

  1. Головки искательные предназначены для преобразования электрических импульсов в ультразвуковые упругие колебания, ввода этих колебаний в исследуемый материал, последующего приема УЗК, прошедших через изделие, преобразования их в электрический сигнал, который подается на вход усилителя.

Конструкция прибора


1. Конструктивно прибор УКБ-1М выполнен в виде переносного блока закрытого металлическим кожухом. На кожухе закреплены скоба для установки прибора под углом примерно 20° к опорной поверхности, амортизационные ножки, а также ручка для переноски. Задняя крышка прибора съемная.
На лицевой панели прибора размещены основные органы управления, которые предназначены:

  • ручка «Отсчет плавно мкс» – для отсчета по шкалам лимба и нониуса времени распространения УЗК;

  • переключатель «Род работы» – для выбора одного из трех режимов работы. Измерение – «Измер» или «АСВР». Калибровка –«Калибр»;

  • переключатель «Отсчет ступенчато» – для отсчета времени распространения в диапазоне 500–5000 мкс;

  • переключатель «Множитель» – для выбора одного из четырех пределов плавного отсчета: «0,5», «1», «2», «5»;

  • тумблер «Развертка I, II» – для выбора одного из двух диапазонов длительности развертки луча ЭЛТ;

  • ручка «Развертка плавно» – для плавной регулировки длительности развертки в пределах выбранного диапазона разверток;

  • ручки «Ослабление Дб» – для ступенчатого ослабления уровня сигнала, подаваемого на вход усилителя;

  • ручка «Усиление» – для плавной регулировки коэффициента усиления усилителя;

  • ручка «Смещ.Х», «Сеть», «Выкл.» – для включения питания прибора и для смещения линии развертки по горизонтали;

  • ручка «Фокус» – для фокусировки изображения на экране ЭЛТ;

  • розетка «Вход усилителя» – для подключения кабеля приемной искательной головки;

  • лампочка «АСВР» – для фиксации момента срабатывания АСВР.

2. На боковой скобе прибора за дверцей расположены следующие органы управления:

  • переключатель «Установка 0» – для компенсации времени распространения УЗК в защитном слое искательных головок и времени распространения импульса в кабелях, соединяющих искательные головки с прибором;

  • тумблер «Амплитуда УЗК» – для измерения амплитуды импульсов ультразвукового генератора, подаваемых на передающую искательную головку;

  • ручка «Яркость» – для регулировки яркости изображения на экране ЭЛТ;

  • ручки «Астигматизм» и «Геометрия» – для получения четкой и правильной формы изображения сигнала на экране ЭЛТ;

  • потенциометр «Смещ.Y» – для смещения линии развертки на экране ЭЛТ по вертикали;

  • потенциометр «Калибр.500» – для калибровки длительности ступени 500 мкс ступенчатого отсчета времени распространения.

3. На задней стенке прибора вверху за дверцей расположены потенциометры «Начало», «Конец», «0,5», «1», «2», «5», предназначенные для регулировки и калибровки системы плавного отсчета времени по диапазонам переключателя «Множитель» соответственно.
4. Внизу на задней стенке расположены следующие органы подключения:

  • разъем «~220V» – для подключения кабеля питания;

  • колодка «Предохранитель 1А»;

  • клемма «Земля» – для подключения провода заземления;

  • клемма «Контакты реле АСВР» – для подключения внешних исполнительных устройств;

  • розетка «Выход генератора» – для подключения кабеля передающей искательной головки.

5. Шкальное устройство 7 плавного отсчета времени распространения УЗК имеет по лимбу 100 делений, оцифрованных через 10, и на нониусе 10 делений, оцифрованных через единицу. Каждое оцифрованное деление нониуса разделено на пять равных интервалов. Цена каждого интервала 0,2.
6. На шкале ЭЛТ нанесены три горизонтальные и одна вертикальная линии. Две горизонтальные линии шкалы расположены симметрично от средней на расстоянии 15 мм. На вертикальной линии имеются две риски, отстоящие от средней горизонтальной линии на 5,3 мм. Таким образом, изменение амплитуды сигнала от верхней горизонтальной линии до риски на вертикальной линии соответствует уменьшению сигнала в е раз, где е=2,71 – основание натуральных логарифмов.
7. Аттенюатор прибора 8 и розетка «Вход усилителя» изолированы от шасси и соединяются с ним в одной точке.
Генератор УЗК выполнен отдельно от основной схемы в экранированном отсеке и закреплен с внутренней стороны на задней стенке прибора.
На уголке, установленном на верхней стенке прибора, закреплены потенциометры регулировки ступенчатого отсчета, потенциометры делителей частоты, а также потенциометр регулировки чувствительности АСВР. Доступ к ним возможен при снятом кожухе прибора. Доступ к потенциометрам делителей частоты и регулировки чувствительности через отверстия в кожухе прибора.
8. Большая часть элементов схемы прибора размещена на печатных платах. Печатные платы закреплены на шарнирах и могут быть откинуты для проверки и ремонта.
9. Конструкция всех искательных головок одинакова. На рис. 5.3 показана конструкция головки на 60 кГц.
В искательных головках на 25, 60 и 150 кГц в качестве пьезоэлемента используются пакеты сегнетовой соли размером 40×40×40 мм, 26×26×26 мм и 30×7×20 мм соответственно. В искательной головке на 100 кГц использована керамика ЦТС диаметром 20 мм и толщиной 3 мм. Пьезоэлемент головки внутри корпуса залит эпоксидной смолой.


Рис. 5.3. Конструкция искательной головки
1 – пьезоэлемент; 2 – демпфер; 3 – протектор;
4 – прослойка контактной смазки;
5 – среда; 6 – корпус; 7 – вывод

4. Указание мер безопасности


При эксплуатации прибора следует соблюдать правила по технике безопасности, распространяющиеся на работу с электрическими установками.

^ 5. Порядок работы



  1. После проверки и подготовки прибора к работе по разделу установить органы управления в следующие положения:

«Развертка I, II» – «I»


edu 2018 год. Все права принадлежат их авторам! Главная