超声波在石油化工的使用论文（共5则范文）

第一篇：超声波在石油化工的使用论文（共）

摘要:简要概述了超声波的发展历程，并对超声波在石油化工，尤其是在污水处理、除垢、乳化、有机合成、电化学、改善原油性质、强化原油脱盐脱硫以及分离技术中的应用进行了详细的介绍。讨论了超声波技术在石油化工中的研究进展，由于其清洁、高效、无污染的特点，将广泛应用于石油化工领域。

关键词:超声波;石油化工;脱金属;乳化

超声波是指频率高于20000Hz的弹性波，其有波长短、能量集中等特点。超声波的热作用、机械作用和空化作用，能引起一连串的化学、热学和力学等方面的改变。美国学者Ｒichard和Loomis于1920年首次发现超声波可以促进汞的分散、氯化银的絮凝等［1］;1927年，由Loomis第一次提出超声波化学的概念。1986年，哈威尔研究所首次于化工领域使用超声波，成立超生化学协会。1994年，关于超声波的学术刊物《UltrasonicsSonochemistry》公开发行。2014年6月1日至8日，第十四次欧洲声化学会议(ESS14)在法国阿维尼翁大学举行，探讨了化学反应机理、气泡动力学等基础声化学方面的问题和食品声化学、化学催化剂等应用声化学方面的研究。在超声波的早期应用中，其更多应用于有机合成、聚合物化学、电化学等方面。作为一种新兴的手段，其成本低廉、应用范围大、操作过程方便，被广泛应用于石油化工领域。

1超声波技术应用

1．1超声波处理污水

迄今，水污染问题日益严峻，其根本原因在于随意排放污染物多、组成复杂的工业废水和有机物含量高的生活污水。常见的废水处理技术，如活性炭法、有机溶剂脱脂法、浮选法、膜法等都存在某些问题，并不能很好的达到预期目标。经过超声波作用后的膜生物反应器能够显著提高水的净化效率，刘红等［2］经实验证实10W的超声波作用效果最为明显，净化效率提升的幅度最大。对于低温和常温下超声波对污水中生物的处理效果，进一步的探索表明:在低温时，超声波作用后，污泥活性可以增加30%，较常温下超声波的作用效果更明显［3］。Tian等［4］通过碱和超声波(ALK+ULS)的协同作用处理污水，能够使生物降解能力提高37．8%，可溶性腐殖酸类微生物排放量显著增加。杨铁金等［5］将超声波与H2O2处理污水法相结合，可以大大降低氨氮含量，并将黑色的污水变为浅黄色。Ping［6］课题组的研究结果表明，与金刚烷胺制药废水的处理方法相比，Fenton/超声波联合作用能够更有效的处理废水中的有机物，尤其是含苯环的有机物。Abramov等［7］使用超声波处理油污，得到水的净化剂。利用超声波的空化作用，姜秉辰等［8］对被工业污染的水进行了一系列实验，结果表明:频率相同时，超声波功率越大，污水黏度降低得越多，复杂油分子的裂解先增多后减少，随着超声波作用时间的增加，污水的裂解效果和黏度不断下降。王秀蘅等［9］将超声波与膜生物反应器结合，能够有效降低水质的化学需氧量(COD)。Kotowska等［10］结合了超声波辅助乳化-萃取方法和气相色谱质谱(GC-MS)，检测并处理城市污水中的氯，在处理含量0．06～551．96μg/L的酸性化合物和0．03～102．54μg/L的酚类化合物的污水时，去除率分别达到了85%和99%。

1．2超声波合成有机物

超声波可以使合成反应的条件更温和、效率更高、时间更短。张素风等［11］通过超声波水解胶原蛋白合成施胶剂，超声波处理后的胶原蛋白分子结构不变，分子变小且分布均匀。安琳［12］通过超声波辐射，由叔丁基杯［n］芳烃制备磺化杯［n］芳烃。熊利芝等［13］通过超声辐射，合成糠酸正丁酯，与传统方法相比较，超声波合成有机物具有用时短，收率高、能耗低等特点。Shabalala等［14］通过超声波辐射合成吡唑，避免了传统色谱法中纯化的步骤，其选择性高、无副产物。

1．3超声波电化学

超声波可以提高电流效率，改善电路微观分布，还能影响电沉积过程中的金属镀层。盛敏奇等［15］通过超声波作用可以提高Co-Ni合金层平整度，与传统方法相比，其没有裂纹、硬度变大、腐蚀性高。有研究表明通过超声波辅助化学电镀，在室温下进一步活化合成亚微米级的Co-Al2O3，随着粉末负载的增加，Co-Al2O3相对含量降低。Lili等［16］在泡沫炭上用真空法和超声波协同无电镀铜，泡沫炭内壁及表面涂层均匀，其机械性能明显改善。超声波与电化学的协同作用还可以合成纳米材料。通过超声波作用合成的纳米Ni(OH)2有α和β相混合结构［17］。张仲举等［18］将超声波与共沉淀法协同作用制备α-Ni(OH)2，实验表明，该方法制备的样品化学性能更好，放电比容量更大。

1．4超声波除垢、清洗技术

超声波除垢技术具有安全、可靠、高效等特点，近年来已广泛应用于各种换热器中［19］。例如，大港石化公司在油浆换热器中应用超声波在线除垢技术，该技术可以使油浆换热器的传热系数大幅度增加，运行周期有所延长，汽包发汽量增加0．404t/h，油浆系统的运行状况得到了较大改进［20］。超声波由于空化作用产生的微射流能够不断冲击物体表面，使得污垢难以在表面附着，Chang等［21］将超声波应用于一种数码设备清洗过程中，并设计和制作了一个多功能的超声波清洗系统，极大的提高了清洗效率。对于超声波参数与除垢效果的相关性，黄磊落等［22］经实验证明，随着超声波功率和流体流速的增加，除垢效果越来越好，当流体温度为60℃时，除垢效果最佳。

1．5超声波的乳化作用

超声波的乳化是指在超声波作用下，使两种或两种以上的不相溶液体以及其微小的液滴均匀的分布在另一种液体中形成的乳状溶液的过程。李博等［23］通过超声波-机械搅拌联合乳化重质油工艺，研究影响乳化重油中分散相(水)的分散度的因素。结果表明:联合法乳化重油比超声波法乳化的重油分散度高。使用超声波乳化技术可以洗煤，Sahino-glu等［24］实验表明，超声波作用后，灰分和黄铁矿含量显著降低。Lemos等［25］利用一种基于超声波辅助乳化微萃取的火焰原子吸收光谱法进行镍的测定，该方法简单、经济、快速、高效，被用于测定参考材料和水中的镍。近十年，超声波乳化应用于越来越多的方面，其在食品、涂料、高分子聚合以及液-液不相溶液体反应等方面都具有重要影响。例如，Tonanon等［26］利用超声波的乳化作用得到一种亚微米级的介孔碳球，其表面纹理和介孔性能较机械乳化法制得的碳球有明显改变，且其尺寸更小、数量更多。Gashti等［27］使用超声波辐射软水剂，发现其乳化作用可以提高软水剂的分散性。目前，大部分研究都属于工业应用研究，对于其乳化机理的理论研究较少，这将是未来的研究热点问题。

2超声波技术研究进展

2．1超声波改善油品性质

在一定条件下，通过超声波作用可以改善分散体系的稳定性并可用于降黏。张龙力等［28］在超声波的作用下处理中东常压渣油，用质量分率电导率法研究胶体稳定性的变化，实验表明，超声波作用越强，胶体稳定性的改善效果越好，其改善作用主要来自于物理作用。超声波可以改变渣油四组分的变化，包括结构、含量和分布状态。渣油中的沥青质对胶体的稳定性有很大影响，超声波使沥青质的结构和含量发生改变，并增加了胶质含量，增加了胶体的稳定性［29］。杨帆等［30］通过超声波处理乳化基质，提高其稳定性。在高能超声波作用下，钟伟华等［31］研究了减压渣油的降黏实验，实验证明超声波作用时间越长，输出电压越大，降黏率越高。对于降黏率最大时超声波的最佳工艺参数，陈洁［32］实验组进行了进一步研究，研究认为:温度70℃、时间70min、功率750W时，降黏率最大。Mullakaev等［33］在超声波作用下对各种不同原油的黏温性能进行了研究，超声波的效率与原油的族组成和处理时间有关，通过增加处理时间来增加超声效率会导致黏度和倾点的显著降低。Gridneva等［34］使用各种催化剂和一系列超声波处理过但没有失去其特性的汽油，在超声波作用下提高所研究的汽油的辛烷值。许洪星等［35］研究超声波辅助催化剂裂解超稠油，结果显示，超声波辅助水的热裂解效果显著，十分具有可行性。进一步实验表明，与单纯催化水裂解相比，超声波作用可降低稠油分子质量、增加轻组分含量。Wang［36］课题组和Pawar等［37］也深入研究了超声波对黏度的影响。随着世界原油日益重质化，常规重油密度大、黏度大，开采和运输具有一定困难，因此，降黏就成为亟待解决的热点问题之一。目前，降黏手段包括稀释降黏、升温降黏和表面活性剂降黏等，超声降黏已取得一定的进展［38］。由于超声波是一种即清洁又环保的绿色技术，其在降黏方面将会拥有更好的市场前景。

2．2超声波脱金属

完成三次采油后，采出液通常是稳定的二维分散体系，其中含有一些影响其性质的不良物质，如钒、镍等。这些杂质不但对原油加工影响恶劣，而且对环境造成污染。如何高效地实现脱盐过程，净化原油成分，去除杂质，是目前急需解决的难题之一。超声波脱盐技术成为原油预处理的一种新途径，可以加强炼油生产的稳定性。叶国祥等［39］研究了影响超声波强化原油脱盐脱水预处理工艺的一些因素，实验表明，随着电场强度和超声波功率的增加，原油的脱盐脱水效率也增加，当电场强度为12000V/cm、超声波功率为150W时，达到最好的脱盐脱水效果。陈菲菲等［40］对超声波脱金属进行研究，超声波作用后，脱钙率为85．24%，脱镍率为83．24%，其脱除效果较好。宋官龙等［41］以焦化蜡油为研究对象，采用超声波辅助，脱锌率达到90%，钙和镍的脱除率超过80%。对于脱除页岩油中的金属，张蕾等［42］的实验结果表明，超声波作用下，金属脱除效果显著，Fe脱除率为80%以上，Mg脱除率超过90%。以鲁宁管输原油为实验对象，以工厂的实际电脱盐流程为参照，谢伟等［43］设计了超声波-电脱盐联合破乳实验装置。在超声波-电脱盐联合作用下，盐水质量浓度大幅度降低。宗松等［44］以钙含量为180μg/g的新疆重质原油为研究对象，采用超声波破乳技术对重质原油脱水脱钙进行研究。实验表明，原油脱钙率达到37．8%，含水量降低至0．64%(体积分数)。Sun等［45］实验表明，通过超声波辐射可以从金属卟啉中喷射出大量金属离子，用超声波代替合成金属盐法，脱除金属离子效果显著。

2．3超声波脱硫

目前，环境污染愈加恶劣，已经成为大众关注的重点，尤其汽车尾气中硫的排放已经成为环境污染的首要问题，严重威胁着人们的健康。已研究出多种解决此问题的方法，其中采用超声波能有效脱硫，促使空气更加清新，最终满足人们渴求良好环境的要求。超声波脱硫工艺是一种有前景的深度脱硫技术，是学者们关注的重点领域。戴咏川等［46］为降低柴油中的硫含量，达到低硫或超低硫柴油的标准，在超声波作用下，搭建超声波/类Fenton试剂的柴油氧化脱硫反应体系。结果发现，当类Fenton试剂的水相pH值≈2．00时，脱硫成效显著;随着超声波功率的增大，有助于氧化脱硫，使反应进行完全。进一步研究得知，反应时间相同时，超声波-fenton体系氧化脱硫效果最佳［47］。在不加氢的情况下，通常采用催化氧化脱硫来降低硫含量。例如韩雪松等［48］在催化氧化溶剂抽提的前提下，通过超声波的引入提供反应能量。结果显示，加超声波的萃取脱硫率为94．8%，而不加超声波的脱硫率只有67．2%，此实验说明超声波氧化脱硫效果较好。在前人基础上，董丽旭等［49］通过加入Fe盐、Cu盐和其他吸附剂研究影响超声波脱硫的因素，结果表明，使用H2O2为氧化剂，Fe盐和无机酸为催化剂，其脱硫率最大可达到97．7%。Sister［50］通过高强度的超声波震动研究原油和柴油脱硫过程发现，超声波处理后，在一个两相系统中，聚集在水相中的氧化硫比聚集在烃相中的硫减少了30%～40%，其脱硫作用明显。此外，还有学者通过超声波改善了Fe-Zn吸附剂的硫化特性，使得金属氧化物粒子更小，且更均匀的分散在焦炭基质上，其脱硫效果显著［51］。

2．4超声波分离技术

用超声波分离油砂或从油砂中提纯石油产品的研究并不多，即使对于研究最多的沥青-油砂系统，沥青回收率的工艺参数的探讨也很少。在上述条件基础上，Swamy等［52］在大功率超声波流动型系统中设计一个工业规模的高容量分离设备，超声波反应器的功率高达10000W。从超声处理过的油砂中提取沥青质、石油和残余燃料油，Abramov等［53］的实验表明，超声波装置可以替代目前使用的从页岩油和油渣中萃取沥青和石油产品的工业设备。Lu等［54］通过超声波雾化从掌叶大黄中萃取蒽醌类化合物，与传统方法相比，此方法高效、快捷、成本低、更容易操作。也有学者［55］在超声波作用下从烟草种子中萃取净油，随着萃取温度的增加，种子和溶剂的比重减少，净油产率增加。超声波萃取的优点是，能够在相对短的时间内，获得较大的萃取率。

3结论及展望

随着世界经济技术的迅猛发展，超声波还可应用于石油化工的其他方面，如干燥、结晶、雾化、过滤、强化膜分离以及纳米材料制备等方面。超声波作为一项世界公认的高科技手段，由于其空化作用、热作用和机械作用，必使其广泛用于科研生产中，如化工、医药、航空、国防，创造巨大的市场价值。目前，国内对超声波的理论方面的研究还比较薄弱，对于空化作用与物质间的具体作用机制理解还不够全面;超声波设备的针对性也需要进一步加强;超声波的空化作用及热作用等促进反应的同时也产生一系列异常的副反应，如何减少副反应的发生是研究的难点之一;虽然超声波在石油化工领域取得了重要成果，但实现工业化生产还缺乏一定的理论依据和放大实验研究，因此，深入研究超声波实验的操作过程，优化实验参数，进行放大实验的开发是目前亟待解决的难题，也是未来研究的重点之一。

参考文献:

［1］刘红，何韵华，张山立，等．微污染水源水处理中超声波强化生物降解有机污染物研究［J］．环境科学，2004，25(3):57-60．

［2］刘红，闫怡新．低强度超声波对低温下污水生物处理的强化效果及工艺设计［J］．环境科学，2008，29(3):721-725．

［3］杨铁金，相玉秀，相玉琳．超声波协同H2O2处理养殖场污水［J］．环境工程学报，2014(6):2381-2385．

［4］姜秉辰，赵树山．超声波处理含油污水的物性实验探究［J］．环境科学与技术，2014，37(5):112-116．

［5］王秀蘅，刘娇．低强度超声波强化MBＲ处理低温污水的参数选择［J］．中国给水排水，2010，26(9):25-28．

［6］张素风，王群，王学川，等．超声优化水解胶原蛋白粒径对合成施胶剂性能影响［J］．功能材料，2015，46(12):12034-12038．

［7］安琳，朱璇，张建华，等．超声条件下磺化杯芳烃的高效合成［J］．化学试剂，2014，36(8):755-757．

［8］熊利芝，王家坚，滕瑶，等．糠酸正丁酯的超声辅助PMo12/SnO2催化合成及其动力学研究［J］．现代食品科技，2014，30(12):126-132．

［9］盛敏奇，钟庆东，吕臣凯，等．施加超声波电沉积制备Co-Ni合金层［J］．材料研究学报，2013，27(3):267-272．

［10］庄义环，朱燕娟，赵汝冬，等．CO32-/Co2+/Ni2+浓度对混合相纳米Ni(OH)2物化性能的影响［J］．无机化学学报，2013，29(2):338-344．

［11］张仲举，朱燕娟，包杰，等．超声波对α-Ni(OH)2电极结构及电化学性能的影响［J］．中国有色金属学报:英文版，2011，21(12):2654-2659．

［12］杜红勇，安蓉，戴剑飞，等．超声波防除垢技术在油田加热炉上的应用分析［J］．节能，2012，352(1):66-68．

［13］郎东磊，王峰，吴婷婷．超声波在线除垢技术在催化裂化装置油浆系统中的应用［J］．石油炼制与化，2011，42(12):23-26．

［14］皇磊落，张明铎，牛勇，等．超声波参数对除垢效果的857影响［J］．陕西师范大学学报:自然科学版，2011，39(1):38-40．

［15］李博，王华，朱道飞，等．超声波-机械搅拌联合乳化重油分散度实验［J］．化工进展，2010，29(6):999-1003．

［16］张龙力，杨国华，阙国和，等．超声波处理对渣油胶体稳定性的改善作用初步研究［J］．石油学报:石油加工，2010(S1):203-206．

［17］孙昱东，张强，杨朝合，等．超声波处理对渣油加氢反应过程胶体性能的影响［J］．石油学报:石油加工，2014，30(2):273-278．

［18］杨帆，姚栋，曹勇，等．超声波法评价乳化基质稳定性的实验研究［J］．火工品，2015(1):45-48．

［19］钟伟华，王爱祥，张春芳，等．超声波在减压渣降黏中的应用［J］．化工进展，2009，28(11):1896-1990．

［20］陈洁，孙昱东，张强，等．超声波处理对减压渣油黏度的影响［J］．炼油技术与工程，2015，45(2):28-31．

［21］许洪星，蒲春生．超声波辅助稠油层内催化水热裂解实验研究［J］．燃料化学学报，2011，39(8):606-610．

［22］叶国祥，宗松，吕效平，等．超声波强化原油脱盐脱水的实验研究［J］．石油学报:石油加工，2007，23(3):47-51．

［23］陈菲菲，赵德智，于洋，等．超声波辅助脱除渣油中的金属杂质［J］．石油化工，2010，39(1):52-56．

［24］宋官龙，赵德智，陈志刚，等．超声波辅助下脱除辽河焦化蜡油中的金属［J］．辽宁石油化工大学学报，2009，29(1):21-24．

［25］张蕾，赵德智，戴咏川，等．在超声波辅助作用下脱除页岩油中金属的研究［J］．石油化工高等学校学报，2012，25(6):21-23．

［26］谢伟，叶国祥，吕效平，等．动态超声原油脱盐脱水的实验研究［J］．石油学报:石油加工，2006，22(2):93-97．

［27］宗松，叶国祥，韩萍芳，等．超声波强化重质原油破乳脱水脱钙［J］．石油学报:石油加工，2007，23(6):75-79．

［28］戴咏川，亓玉台，赵德智，等．柴油在超声波/Cu2+/H2O2中的氧化脱硫［J］．燃料化学学报，2004，35(2):188-191．

［29］戴咏川，亓玉台，赵德智．柴油超声波-Fenton试剂氧化脱硫反应研究［J］．石油炼制与化工，2007，38(1):34-38．

［30］韩雪松，赵德智，戴咏川，等．超声波作用下柴油深度氧化脱硫的研究［J］．石油炼制与化工，2006，37(2):30-33．

［31］董丽旭，赵德智，宋官龙，等．功率超声下柴油的深度氧化-吸附脱硫实验研究［J］．石油炼制与化工，2009，40(1):19-22.

第二篇：超声波测厚仪使用说明书

MC022-TT120 超声波测厚仪使用说明书

目次

1.概述..............................................................2 2.性能指标........................................................3 3.主要功能.......................................................4 4.测量步骤.......................................................4 5.低电压指示.................................................................6 6.自动关机............................................................7 7.测量技术...........................................................7 8.测量误差的预防方法................................................9 9.注意事项.........................................................9 10.维修................................................................10 21 概述

1.1 适用范围

MC022-TT120超声波测厚仪可用在工业生产领域中对钢材厚度的测量，可以对生产设备中各种

管道和压力容器进行监测，监测它们在使用过程中受腐蚀后的减薄程度，还可以对各种零件 作精确测量。它最大的特点是具有高温测厚的功能。1.2 基本原理

超声波测量厚度的原理与光波测量原理相似。探头发射的超声波脉冲到达被测物体并在 物体中传播，到达材料分界面时被反射回探头，通过精确测量超声波在材料中传播的时间来 确定被测材料的厚度。

1.3 基本配置及仪器各部分名称 1.3.1 基本配置：主 机 1台 5PΦ10探头 1支 ZW5P探头 1支 常温耦合剂 1瓶 高温耦合剂 1支

1.3.2选购件：5PΦ10/90° 探头 1支 7PΦ6 探头 1支 SZ2.5P 探头 1支

1.3.3仪器各部分名称(见下图)机身 液晶屏 键盘 校准试块 探头

接收插座 发射插座 液晶屏显示：

BATT---低电压标志 凸----耦合标志 m/s---------声速单位 mm----厚度单位 键盘功能说明： ON----开机键 ZERO--校准键 2 性能指标

显示方式：四位数字液晶显示 显示最小单位：0.1mm 工作频率：5MHz 常温测量范围：1.2mm～225.0mm 高温测量范围：4.0mm～80.0mm 管材测量下限：Φ20mm×3.0mm 测量误差：±(1%H+0.1)mm，H为被测物实际厚度 声速：5900m/s 使用温度范围：0℃～40℃ 测量温度范围：0℃～300℃ 电源：二节5号干电池

功耗：工作电流＜20mA(3V)外形尺寸：126 mm×68 mm×23 mm 重量：170g 3 主要功能

●自动校对零点，可对系统误差进行修正;●常温测量与高温测量转换;●非线性自动补偿：在全范围内利用计算机软件对探头非线性误差进行修正，以提高测量 准确度;●耦合状态提示：提供耦合标志，通过观察其稳定状态可知耦合是否正常;●低电压提示；

●自动关机：定时自动关机会帮您断电；

●全键膜密闭式操作..防油污，提高使用寿命； 4 测量步骤 4.1 测量准备

将探头插头插入主机探头插座中，按ＯＮ键开机，全屏幕显示数秒后显示声速，如下 图所示。此时可开始测量。全屏幕显示 声速 4.2 校准

在每次更换探头、更换电池及环境温度变化较大时应进行校准。此步骤对保证测量准确 度十分关键。如有必要，可重复多次。按ZERO键，进入校准状态，屏幕显示：

在随机试块上涂耦合剂，将探头与随机试块耦合，屏幕显示的横线将逐条消失，直到屏 幕显示4.0mm 即校准完毕。

说明：n按ZERO 键进入校准状态后，若要放弃校准，再按ZERO 键可回到测量状态，屏幕 显示声速5900m/s。

n常温方式下校零，屏幕显示的横线将缓慢地逐条消失，高温方式下校零，屏幕显示的 横线将很快地逐条消失。4.3 测量厚度

将耦合剂涂于被测处，将探头与被测材料耦合即可测量，屏幕将显示被测材料厚度，如 图：

拿开探头后，厚度值保持，耦合标志消失。如图： 说明：当探头与被测材料耦合时，显示耦合标志。如果耦合标志闪烁或不出现说明耦合不好。当材料实际声速与5900m/s 不同时，按下式计算实际厚度值： H0 = H×V0/5900 式中： H—5900m/s 声速下测得厚度值； V0—材料实际声速值； H0—材料实际厚度值。

4.4 常温测量与高温测量转换

仪器关机后，按住ZERO 键，再按ON 键开机，可进行常温测量与高温测量转换。其测 量方式自动保持，更换电池后需重新设置。5 低电压指示

如果屏幕显示BATT 标志，说明电池电压已低落，应及时更换电池后再继续使用。6 自动关机

如果二分钟内不进行任何操作，将自动关机。7 测量技术

7.1 材料的温度影响

材料的厚度与超声波传播速度均受温度的影响，若对测量精度要求较高时，可采用试块对 比法，即用相同材料的试块在相同温度条件进行测量，并求得温度补偿系数，用此系数修正 被测工件的实测值。对于钢铁来说，高温将引起较大的误差，可用此法来补偿校正。使用 ZW5P 探头可测量表面温度高达300℃的钢材厚度。测量高温钢材时的注意事项：（1）将随机带的高温耦合剂均匀涂于ZW5P 探头的表面，耦合剂用量应适中;（2）手持探头进行点接触测量。探头与被测物接触时间不超过5 秒。在每次测量后应将 探头用水冷却或自然冷却。再次测量前，应进行校准。由于高温测量采用点接触测 量的方法，探头与被测物接触时间较短，因此有时会造成测量失败，在测量高温材 料时要反复多次测量。

（3）钢材一般温度每增加100℃，材料声速下降1%左右，故测量值应加以修正。例：将H0 定义为材料实际厚度值，H1 定义为用MC022-TT120 测量的显示值，则：100℃时，H0 ≈ H1×0.99 200℃时, H0 ≈ H1×0.98 300℃时, H0 ≈ H1×0.97 7.2 清洁表面

测量前应清除被测物体表面所有的灰尘、污垢及锈蚀物，铲除油漆等复盖物。7.3 降低粗糙度

过份粗糙的表面会引起测量误差，甚至仪器无读数。测量前应尽量使被测材料表面光 滑，可使用磨、抛、锉等方法使其光滑。还可使用高粘度耦合剂。7.4 粗机加工表面

粗机加工表面（如车床或刨床）所造成的有规则的细槽也会引起测量误差，弥补方法 同7.2，另外调整探头串音隔层板（穿过探头底面中心的薄层）与被测材料细槽之间的夹角, 使隔层板与细槽相互垂直或平行，取读数中的最小值作为测量厚度，可取得较好效果。7.5 测量圆柱型表面

测量圆柱型材料，如管子、油桶等，选择探头串音隔层板与被测材料轴线之间的夹角

至关重要。简单地说，将探头与被测材料耦合，探头串音隔层板与被测材料轴线平行或垂直，沿与被测材料轴线方向垂直地缓慢摇动探头，屏幕上的读数将有规则地变化，选择读数中的 最小值，作为材料的准确厚度。

选择探头串音隔层板与被测材料轴线交角方向的标准取决于材料的曲率，直径较大的管 材，选择探头串音隔层板与管子轴线垂直，直径较小的管材，则选择与管子轴线平行和垂直 两种测量方法，取读数中的最小值作为测量厚度。7.6 复合外形

当测量复合外形的材料（如管子弯头处）时可采用7.5 介绍的方法，所不同的是要进

行二次测量，分别读取探头串音隔层板与轴线垂直与平行的两个数值，其较小的一个数作为 该材料在测量点处的厚度。7.7 不平行表面

为了得到一个令人满意的超声响应，被测材料的另一表面必须与被测面平行或同轴，否则将引起测量误差或根本无读数显示。7.8 参考试块

为了能得到令人满意的测量精度，最好选择具有与被测材料相同的材质和相近的厚度的 试块。取均匀被测材料用千分尺测量后就能作为一个试块。

对于薄材料，在它的厚度接近于探头测量下限时，不要测量低于下限厚度的材料。如果 一个厚度范围是可以估计的，那么试块的厚度应选上限值。

大部分锻件和铸件的内部结构具有方向性，在不同的方向上，声速将会有少量变化，为了解决这个问题，试块应具有与被测材料相同方向的内部结构，声波在试块中的传播方向 也要与在被测材料中的方向相同。

在实际测量中被测材料的声速可能是未知的，这时可以通过下面的公式计算出被测物体 的厚度： H0 =（h0/ h1）×H1 H0：被测物体实际厚度 H1：被测物体用MC022-TT120 超声测厚仪测得的厚度 h0： 试块实际厚度 h1：试块用MC022-TT120 超声测厚仪测得的厚度 7.9 测量中的几种方法

a)单测量法：在一点的测量。

b)双测量法：在一点处用探头进行两次测量，两次测量中探头串音隔层板要互相垂 直。选择读数中的最小值作为材料的准确厚度。

c)多点测量法：在某一测量范围内进行多次测量，取最小值为材料厚度值。7.10 探头的选择

探头型号5PΦ10 5PΦ10/90° ZW5P 7PΦ6 SZ2.5P 频率(MHZ)5 5 5 7 2.5 允许接触温-10℃～60℃-10℃～60℃ 0℃～300℃-10℃～60℃-10℃～60℃ 度

测量范围1.2～225.0 1.2～225.0 4.0～80.0 0.75～60 3.0～300.0(mm)7.11 探头串音隔层板磨损对测量会造成影响，出现下列现象时应更换探头。1.测量不同的厚度时，其测量值总显示某一值。

2.插上探头不进行测量就有回波指示或有测量值出现。8 测量误差的预防方法 8.1 超薄材料

使用任何超声波测厚仪，当被测材料的厚度降到探头使用下限以下时，将导致测量误差，必要时，最小极限厚度可用试块比较法测得。

当测量超薄材料时，有时会发生一种称为“双重折射”的错误结果，它的结果为显示读 数是实际厚度的二倍，另一种错误结果被称为“脉冲包络、循环跳跃”，它的结果是测得值 大于实际厚度，为防止这类误差，测临界探头使用下限的材料时应重复测量核对。8.2 锈斑、腐蚀凹坑等 被测材料另一表面的锈斑凹坑等将引起读数无规则地变化，在极端情况下甚至无读数，很小的锈点有时是很难发现的。当发现凹坑或感到怀疑时，这个区域的测量就得十分小心，可选择探头串音隔层板不同角度的定位来作多次测试。8.3 探头的磨损

探头表面为丙烯树脂，长期使用会使粗糙度增高，导致灵敏度下降，用户在可以确定为 此原因造成误差的情况下，可用砂纸或油石少量打磨探头表面使其平滑并保证平行度。如仍 不稳定，则需更换探头。8.4“ZERO”键的使用

此键只能用于将探头耦合在仪器面板上的标准试块上进行校准仪器，而不得在其它任何 试块上使用此键，否则将引起测量错误。8.5 层迭材料、复合材料

要测量未经耦合的层迭材料是不可能的，因超声波无法穿透未经耦合的空间。又因超声波 不能在复合材料中以匀速传播，所以用超声反射原理测量厚度的仪器均不适于测量层迭材料 和复合材料。

8.6 反常的厚度读数

操作者应具备辨别反常读数的能力，通常锈斑、腐蚀凹坑、被测材料内部缺陷都将引起反 常读数。解决办法可参考第7、8 章。必要时可用超声波探伤仪做更仔细的检查。8.7 耦合剂的使用和选择

耦合剂是用来作为探头与被测材料之间的高频超声能量传递的。如果选择种类或使用方 法不当将有可能造成误差或耦合标志闪烁，无法测值。耦合剂应适量使用，涂沫均匀。选择合适种类的耦合剂是重要的，当使用在光滑材料表面时，低粘度的耦合剂（如随机 配置的耦合剂、轻机油等）是很合适的。当使用在粗糙材料表面，或垂直表面及顶面时，可 使用粘度较高的耦合剂（如甘油膏、黄油、润滑脂等）。当测量高温材料时，要使用高温耦 合剂。各种配方的耦合剂各地均有售。8.8 探头护套

测曲面时，建议采用曲面探头护套，可较精确测量管道类曲面材料的厚度，探头护套属选 购件，可向时代公司销售部门购买。9 注意事项 9.1 试块的清洁

由于使用随机试块对仪器进行校准时，需涂耦合剂，所以请注意防锈。使用后将随机试块擦 干净。气温较高时不要沾上汗液。长期不使用应在随机试块表面涂上少许油脂防锈，当再次 使用时，将油脂擦净后，即可进行正常工作。9.2 机壳的清洁

酒精、稀释液等对机壳尤其是视窗有腐蚀作用，故清洗时，用少量清水轻轻擦拭即可。9.3 探头的保护

探头表面为丙烯树脂，对粗糙表面的重划很敏感，因此在使用中应轻按。测粗糙表面时, 尽量减少探头在工作表面的划动。

常温测量时，被测物表面不应超过60℃，高温测量时，被测物表面不应超过300℃，否 则探头不能使用。

油、灰尘的附着会使探头线逐渐老化、断裂，使用后应清除缆线上的污垢。

拔探头时，应握住插头活动外套沿轴向用力，千万不可旋转探头，否则极易损坏电缆线。9.4 电池的更换

出现低电压指示标志后，应及时更换电池，按下述方式更换： a.打开电池仓盖(用拇指压下仓盖，再退出)b.取出电池，放入新电池，注意极性

仪器长时间不使用时应将电池取出，以免电池漏液，腐蚀电池盒与极片。9.5 严格避免碰撞、潮温等。10 维修

10.1 测量值误差过大时，请参考第7、8 章。10.2 如出现以下问题请与时代集团维修部门联系: A 仪器器件损坏，不能测量。B 液晶显示不正常。

C 正常使用时，误差过大。D 键盘操作失灵。

10.3 由于MC022-TT120 超声波测厚仪为高科技产品，所以维修工作应由受过专业培训的维修人员完成，请用户不要自行拆卸修理。

第三篇：石油化工概论

1、石油化学工业由哪几部分组成？ 石化工业可分为石油炼制工业体系和石油化工体系。

2、简述石油化学工业在国民经济中的作用。有工业血液之称的石油从20世纪50年代开始就跃居在世界能源消费的首位，石油及其产品作为重要的动力燃料和化工原料广泛应用在国民经济的各个部门，石油资源对现代社会的发展产生了举足轻重的深远影响。石油化工已成为化学工业中的基干工业，在国民经济中占有极重要的地位。

3、“三大合成”、“三苯”、“三烯”各指的是什么？塑料、橡胶、纤维。笨、甲苯、二甲苯。乙烯、丙烯、丁二烯。

4、石油的一般性质如何? 大部分原油是暗色的，通常呈黑色，褐色。少数为暗绿色、黄色并且有特殊气味、原油在常温下多为流动或半流动的粘稠液体、相对密度在0.800~0.980之间。粘度范围很宽。凝固点差别很大（30-60摄氏度），沸点范围为常温到500摄氏度以上，可溶于多种有机溶剂，不溶于水，但可与水形成乳状物。

5、组成石油的主要元素有哪些 最主要元素是碳氢，占96%-99%，其中碳占83%-87%，氢占11%-14%。其余的硫、氮、氧和微量元素含量不超过1%-4%。

6、石油中有哪些烃类化合物? 烷烃、环烷烃、芳烃。

7、石油中非烃化合物有哪些? 对石油加工及石油产品有何危害? 包括含硫、含氮、含氧气化合物一起胶状沥青状物质。酸性含硫化合物是活性硫化物，对禁书设备有较强的腐蚀；原油中的氮化物性质不稳定，易被氧化和聚合生成胶质，中碱性氮化物会使催化剂中毒；中性含氧化合物包括酮、醛和酯等，可氧化生成胶质，影响油品的实用性能。

8、概念：蒸气压、馏程、密度与相对密度、凝点、闪点、自燃点

馏程：指油品从初馏点到终馏点的温度范围。凝点：只试样在实验规定的条件下，冷却至液面不移动是的最高温度。蒸汽压：指在标准仪器中测定的38℃蒸气压。自燃点：是指在规定的条件下，可燃物质产生自燃的最低温度。燃油在规定结构的容器中加热挥发出可燃气体与液面附近的空气混合，达到一定浓度时可被火星点燃时的燃油温度。密度与相对密度：密度是质量与体积之比，相对密度：油品密度与标准温度下的水的密度之比。

9、石油产品分哪六大类？ 燃料、溶剂和化工原料、润滑剂及有关产品、蜡、沥青以及焦。

10、简述四冲程汽油机/柴油机的工作过程。

柴油：进气（空气）-压缩 气化-作功-排气 汽油：进气-压缩-作功-排气

11、汽油馏程、蒸气压指标的含义及其使用意义是什么？

馏程：指汽油馏分从初馏点到终馏点的温度范围。航空汽油的馏程范围要比车用汽油的馏程范围窄。蒸气压。指在标准仪器中测定的38℃蒸气压，是反映汽油在燃料系统中产生气阻的倾向和发动机起机难易的指标。给汽油提供使用领域的标准。

12、什么是汽油的抗爆性？评定指标有哪些？

汽油在各种实用条件下抗爆震燃烧的能力称为抗爆性。评定指标为辛烷值（ON），有研究法(RON）与马达法（MON）

13、柴油的抗爆性用什么指标来评定？ 柴油抗爆性通常用十六烷值（CN）

14、我国车用汽油、柴油、石蜡商品牌号的划分依据是什么？

我国的柴油产品分为轻柴油和重柴油。轻柴油按凝点划分为10号、5号、0号、-10号、-20号、-35号、-50号七个；重柴油则按其50摄氏度运动粘度划分为10号、20号、30号。（RON的大小划分）

15、石油沥青针入度、延度、软化点指标的使用意义是什么？

反映沥青的抗裂开性能，软化点反映沥青的高温性能，针入度是对沥青质量控制保证了沥青的潜在品质。

16、简述润滑油的作用。降低磨檫、减少磨损、冷却降温、防止腐蚀

17、原油加工方案有哪几个类型？直溜汽油、煤油、轻柴油或重柴油及各种润滑油馏分和渣油等

18、精馏过程的实质是什么？ 迫使混合物的气、液两相在塔体中作逆向流动，利用混合液中各组分具有不同的挥发度，在相互接触的过程中，液相中的轻组分转入气相，而气相中的重组分则逐渐进入液相，从而实现液体混合物的分离。

19、简述实现精馏的两个必要条件。回流液的逐板下降和蒸气逐板上升。20、原油中含盐含水对石油加工过程有哪些危害？（为什么要进行预处理？）

增加能量消耗、干扰蒸馏塔的平稳性操作、腐蚀设备、影响二次加工原料的质量。预处理有效提高加工效率。

21、简述原油蒸馏（初馏塔、常压蒸馏、减压蒸馏）的作用。

初馏塔的作用：原油的轻馏分含量、原油脱水效果、原油的含砷量、原油的含硫量和含盐量。

22、常减压蒸馏装置设备的腐蚀分几种？常用的防腐措施有哪些？

低温部位HCl-H2S-H2O型腐蚀、高温度部分硫腐蚀、高温部位环烷酸腐蚀。防腐措施：原油电脱盐脱水、塔顶馏出线注氨、塔顶馏出线注缓蚀剂、塔顶馏出线注碱性水。

23、为什么要对石油进行二次加工？

获取更多的精细化工产品满足生产需要，达到物尽其用的效果，同时获取更大的经济效益。

24、简述减粘裂化主要目的。

将重残油轻度热裂化，使所得到的燃料油粘度和凝点降低，以改善其质量或借以减少商品燃料油中轻油的调入量。

25、延迟焦化的主要目的及其产物是什么？主要目的是将高残碳的残油转化为轻质油。

26、试写出催化裂化的主要原料和产品? 原料：馏分油和渣油 产品：包括气体、液体、焦炭。

27、简述催化裂化过程的主要化学反应的种类。分解、异构化、氢转移、芳构化等

28、催化裂化装置由哪几系统组成？各个系统的作用是什么? 反应-再生系统、分馏系统、吸收-稳定系统、能量回收系统、中有催化裂化。

29、简述石油产品加氢精制的目的。

使油品中的硫、氧、氮等有害杂质转变为相应的硫化氢、水、氨而除去，并使烯烃和二烯烃加氢饱和、芳烃部分加氢饱和，以改善油品的质量。30、加氢裂化催化剂的双功能指的是什么？

双功能重整催化剂具有促进加氢/脱氢作用的金属功能，同时具有促进裂化、异构化反应的酸性功能。

31、简述催化重整的生产目的。

使原油蒸馏所得的轻汽油馏分（或石脑油）转变成富含芳烃的高辛烷值汽油（重整汽油），并副产液化石油气和氢气。

32、催化重整过程中的主要化学反应类型有哪些？

六员环烷烃的脱氢反应、五员环烷烃的异构脱氢反应、烷烃的脱氢环化反应、烷烃的异构化反应、烷烃的加氢裂化反应。

33、重整催化剂的双功能由什么组分来实现？由金属和卤素组分来保证实现

34、重整原料预处理的目的是什么？切去符合重整要求的馏分和脱除对重整催化剂有害的杂质及水分。

35、以生产芳烃为目的的重整装置由哪四部分构成 ？

重整反应系统、溶剂溶解系统、提取抽提系统、精馏分离系统、36、固定床重整过程中为什么要采用多个反应器串联、中间加热的形式？

重整是指烃类分子重新排列成新的分子结构，而不改变分子大小的加工过程。催化重整是指原料油中的正构烷和环构烷在催化剂存在下转化为异构烷和芳烃的过程。

37、简述乙烯生产在石油化工中的地位。

乙烯是石油化工的主要代表产品，在石油化工中占有主导地位。容易跟许多物质发生加成反应，又容易聚合成高分子化合物，可以生产出成千上万种化学品与国民经济密切相关的的重要产品。世界各国均以乙烯产量作为衡量各国石油化工生产水平的标志。

38、乙烯生产装置由哪些基本单元构成？急冷+预分馏系统、压缩-净化分馏系统、压缩制冷系统。填空题

能量回收系统包括烟气能量回收系统；

重整反应包括两大类反应：脱氢和裂化、异构化反应；

铂重整催化剂就是一中双功能催化剂，其中的铂结构脱氢-活性中心，促进脱氢、加氢反应；而酸性载体提供酸性中心，促进裂化、异构化等正碳例子反应；

生产芳烃的工艺流程除了原料预处理，重整反应部分外，还必须把目的产品-芳烃从重整生成油中分离出来，这就需要芳烃抽提过程和单体芳烃的精馏或其他的方法使单体芳烃-苯、甲苯，各种二甲苯分离出来。加氢精制催化剂需要加氢和氢解双功能

在催化裂化的条件下，原料中的各种烃类进行着错综复杂的反应，不仅有大分子裂化成小分子的分解反应，也有小分子生成大分子的缩合反应。与此同时，还进行异构化、氢转移、芳构化等反应。

10%蒸发温度为发动机启动性能；50%蒸发温度为发动机加速性能；90%蒸发温度为润滑油稀释而加大磨损。

第四篇：超声波原理及应用专题小论文

超声波原理及其在生活中的应用

电子1103 李志 11214066 摘要：

本文第一部分主要介绍超声波产生与传播及其特点，包括什么是超声波、波的传播、超声波的特点等；第二部分主要介绍实验过程，包括实验方法、实验现象及实验结果；第三部分主要介绍超声波技术的应用，包括超声波传感器、超声波测距、超声波在医疗方面的应用等。

关键词：

超声波、产生及传播原理、特点、实验方法、发展及应用

背景：

自19世纪末到20世纪初，在物理学上发现了压电效应与反压电效应之后，人们解决了利用电子学技术产生超声波的办法，从此迅速揭开了发展与推广超声技术的历史篇章。1922年，德国出现了首例超声波治疗的发明专利。1939年发表了有关超声波治疗取得临床效果的文献报道。40年代末期超声治疗在欧美兴起，直到1949年召开的第一次国际医学超声波学术会议上，才有了超声治疗方面的论文交流，为超声治疗学的发展奠定了基础。1956年第二届国际超声医学学术会议上已有许多论文发表，超声治疗进入了实用成熟阶段。并且在21世纪(HIFU)超声聚焦外科已被誉为是21世纪治疗肿瘤的最新技术。

正文：

一、超声波的产生与产生及其原理

1、什么是超声波 所谓超声波，是指人耳听不见的声波。正常人的听觉可以听到20赫兹（Hz）-20千赫兹（kHz）的声波，低于20赫兹的声波称为次声波或亚声波，超过20千赫兹的声波称为超声波。超声波是声波大家族中的一员，和可闻声本质上是一致的，它们的共同点都是一种机械振动，通常以纵波的方式在弹性介质内传播，是一种能量和动量的传播形式，其不同点是超声频率高，波长短，在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性。

2、波的传播

超声波是波的一种，他的传播完全符合波的传播特点。所以超声波在介质中传播的波形取决于介质可以承受何种作用力以及如何对介质激发超声波。通常有如下三种波形: 1纵波波形：当媒质中各体元振动的方向与波传播的方向平行时，此超声○波为纵波波形。任何固体介质当其体积发生交替变化时均能产生纵波。

2横波波形：当媒质中各体元振动的方向与波传播的方向垂直时，此种超○声波为横波波形。由于媒质除了能承受体积变形外，还能承受切变变形，因此，当其有剪切应力交替作用于媒质时均能产生横波。横波只能在固体介质中传播。

3表面波波形：○是沿着两种媒质的界面传播的具有纵波和横波的双重性质的波。表面波可以看成是由平行于表面的纵波和垂直于表面的横波合成, 振动质点的轨迹为一椭圆，在距表面1/4波长深处振幅最强，随着深度的增加很快衰减，实际上离表面一个波长以上的地方，质点振动的振幅已经很微弱了。

3、超声波传播的特点 总的来说与可闻波相比,超声波由于频率高、波长短,在传播过程中具有许多其特有的性质: 1)方向性好。由于超声波的频率高,其波长较同样介质中的声波波长短得多,衍射现象不明显,所以超声波的传播方向好。

2)能量大。超声波在介质中传播,当振幅相同时,振动频率越高能量越大。因此,它比普通声波具有大得多的能量。

3)穿透能力强。超声波虽然在气体中衰减很强,但在固体和液体中衰减较弱。在不透明的固体中,超声波能够穿透几十米的厚度,所以超声波在固体和液体中应用较广。

4)引起空化作用。在液体中传播时,超声波与声波一样是一种疏密的振动波,液体时而受拉时而逐级压,产生近于真空或含少量气体的空穴。在声波压缩阶段,空穴被压缩直至崩溃。在空穴崩溃时产生放电和发光现象,这种现象称为空化作用。

也正是这些特点，使得超声波在工业、农业、医学、军事等众多方面都有着及其广泛的应用。

二、实验过程 1． 直探头延迟的测量

超声波实验仪接上直探头，并把探头放在CSK-IB试块的正面，仪器的射频输出与示波器第1通道相连，触发与示波器外触发相连，示波器采用外触发方式，适当设置超声波实验仪衰减器的数值和示波器的电压范围与时间范围，使示波器上看到的波形如图1.7所示。

在图1.7中，S称为始波，t0对应于发射超声波的初始时刻；B1称为试块的1次底面回波，t1对应于超声波传播到试块底面，并被发射回来后，被超声波探头接收到的时刻，因此t1对应于超声波在试块内往复传播的时间；B2称为试块的2次底面回波，它对应于超声波在试块内往复传播到试块的上表面后，部分超声波被上表面反射，并被试块底面再次反射，即在试块内部往复传播两次后被接收到的超声波。依次类推，有3次、4次和多次底面反射回波。从示波器上读出传播t1和t2，则直探头的延迟为

t2t1t2（结果为0.4μs）(1.6)2． 脉冲波频率和波长的测量

调节示波器时间范围，使试块的1次底面回波出现在示波屏的中央，脉冲波的振幅小于1V。测量两个振动波峰之间的时间间隔，则得到一个脉冲周期的振动时间t，则脉冲波的频率为f=1/t；已知铝试块的纵波声速为6.32mm/us，则脉冲波在铝试块中的波长为l=6.32t。

3． 波型转换的观察与测量 把超声波实验仪换上可变角探头，参照图1.8把探头放在试块上，并使探头靠近试块背面，使探头的斜射声束只打在R2圆弧面上。适当设置超声波实验仪衰减器的数值和示波器的电压范围

图1.8观察波型转换现象 与时间范围。改变探头的入射角，并在改变的过程中适当移动探头的位置，使每一个入射角对应的R2圆弧面的反射回波最大。则在探头入射角由小变大的过程中，我们可以先后观察到回波B1、B2和B3；它们分别对应于纵波反射回波、横波反射回波和表面波反射回波。

让探头靠近试块背面，通过调节入射角调，使能够同时观测到回波B1和B2（如图1.9），且它们的幅度基本相等；再让探头逐步靠近试块正面，则又会在B1前面观测到一个回波b1，4． 折射角的测量

确定B1、B2的波型后，可以分别测量纵波和横波的折射角。参照图1.10首先让把探头的纵波声束对正（回波幅度最大时为正对位置）CSK-IB试块上的横孔A，用钢板尺测量正对时探头的前沿到试块右边沿的距离LA1；然后向左移动探

图1.9横波和纵波的测量 头，再让纵波声束对正横孔B，并测量距离LB1。测量A和B的水平距离L和垂直距离H，则探头的折射角为：

1tan1(LB1LA1L)(测为46.6度)H（1.7）

同样的方法可以测量横波的折射角2。

图1.10折射角的测量

5.声速的直接测量方法

根据公式（2.1），当利用确定反射体（界面或人工反射体）测量声速时，我们只需要测量该反射体的回波时间，就可以计算得到声速。而对于单个的反射体，得到的反射波如图2.1所示。能够直接测量的时间包含了超声波在探头内部的传播时间t0，即探头的延迟。对于任何一种探头，其延迟只与探头本身有关，而与被测的材料无关。因此，首先需要测量探头的延迟，然后才能利用该探头直接测量反射体回波时间。

图2.1 纵波延迟测量

（1）直探头延迟测量（参看实验1）。（2）斜探头延迟测量

参照图2.2把斜探头放在试块上，并使探头靠近试块正面，使探头的斜射声束能够同时入射在R1和R2圆弧面上。适当设置超声波实验仪衰减器的数值和示波器的电压范围与时间范围。在示波器上同时观测到两个弧面的回波B1和B2。测量它们对应的时间t1和t2。由于R2=2R2，因此斜探头的延迟为：

t2t1t2

(2.7)（3）斜探头入射点测量

在确定斜探头的传播距离时，通常还要知道斜探头的入射点，即声束与被测试块表面的相交点，用探头前沿到该点的距离表示，又称前沿距离。

参照图2.2把斜探头放在试块上，并使探头靠近试块正面，使探头的斜射声束入射在R2圆弧面上，左右移动探头，使回波幅度最大（声束通过弧面的圆心）。这时，用钢板尺测量探头前沿到试块左端的距离L，则前沿距离为：

L0R2L

(2.8)图2.2斜探头延迟和入射点测量

6.声速的相对测量方法

如果被测试块有两个确定的反射体，那么通过测量两个反射体回波对 应的时间差，再计算出试块的声速。这种方法称为声速的相对测量方法。

对于直探头，可以利用均匀厚度底面的多次反射回波中的任意两个回波进行测量。

对于斜探头，则利用CSK-IB试块的两个圆弧面的回波进行测量。

7.声束扩散角的测量

如图3.3所示，利用直探头分别找到B1通孔对应的回波，移动探头使回波幅度最大，并记录该点的位置x0及对应回波的幅度；然后向左边移动探头使回波幅度减小到最大振幅的一半，并记录该点的位置x1；同样的方法记录下探头右移时回波幅度下降到最大振幅一半对应点的位置x2；则直探头扩散角为：

2tg

1|x2x1|

2L（3.2）

图3.3 探头扩散角的测量

对于斜探头，首先必须测量出探头的折射角，然后利用测量直探头同样的方法，按下式计算斜探头的扩散角近似为：

2tg1[8.直探头探测缺陷深度

|x2x1|cos2] 2L（3.3）

在超声波探测中，可以利用直探头来探测较厚工件内部缺陷的位置和当量大小。把探头按图3.4位置放置，观察其波形。其中底波是工件底面的反射回波。

图3.4直探头探测缺陷深度

对底面回波和缺陷波对应时间（深度）的测量，可以采用绝对测量方法，也可以采用相对测量方法。利用绝对测量方法时，必须首先测量（或已知）探头的延迟和被测材料的声速，具体方法请参看实验二直探头延迟和声速的绝对测量方法。利用相对测量方法时，必须有与被测材料同材质试块，并已知该试块的厚度，具体方法请参看实验二直探头延迟和声速的相对测量方法。

9.斜探头测量缺陷的深度和水平距离

利用斜探头进行探测时，如果测量得到超声波在材料中传播的距离为S，则其深度H和水平距离L为：

HStan()

LSctan()

其中是斜探头在被测材料中的折射角。

(3.4)(3.5)要实现对缺陷进行定位，除了必须测量（或已知）探头的延迟、入射点外，还必须测量（或已知）探头在该材质中的折射角和声速。通常我们利用与被测材料同材质的试块中两个不同深度的横孔对斜探头的延迟、入射点、折射角和声速进行测量。参看图3.5，A、B为试块中的两个横孔，让斜探头先后对正A和B，测量得到它们的回波时间tA、tB，探头前沿到横孔的水平距离分别为xA、xB，已知它们的深度为HA、HB，则有：

图3.5斜探头参数测量

SxBxA

(3.6)(3.7)(3.8)(3.9)HHBHA

折射角： tan1(cS)

H声速：

H

(tBtA)cos()HB

ccos()延迟：

t0tB(3.10)前沿距离：L0Htan()xB（测为9.15cm）

(3.11)

三、超声波技术的应用

1、超声波传感器

由于许多仪器及控制应用中均涉及到超声波传感器，尤其是在流量测量，材料无损检验及物位测量等方面，超声波传感器的应用尤为普遍。所以，在此首先简要的介绍一下超声波传感器。

广义上来讲，它是在超声频率范围内将交变的电信号转换成声信号或者将外界声场中的声信号转换为电信号的能量转换器件，又称为超声波换能器或者超声波探头。

超声波传感器分为发射换能器和接收换能器，既能发射超声波又能接受发射出去的超声波的回波。发射换能器利用压电元件的逆压电效应，而接收换能器则是利用压电效应。超声换能器的种类很多，按照其结构可分为直探头(纵波)、斜探头(横波)、表面波探头、双探头(一个发射，一个接 收)、聚焦探头(将声波聚集成一束)、水浸探头(可浸在液体中)以及其它专用探头。按照实现超声换能器机电转换的物理效应的不同可将换能器分为电动式、电磁式、磁致式、压电式和电致伸缩式等。

超声波换能器的材料也有多种选择，某些电介质(例如晶体、陶瓷、高分子聚合物等)在其适应的方向施加作用力时，内部的电极化状态会发生变化，在电介质的某相对两表面内会出现与外力成正比的符号相反的束缚电荷，这种由于外力作用使电介质带电的现象叫做压电效应。相反地，若在电介质上加一外电场，在此电场作用下，电介质内部电极化状态会发生相应的变化，产生与外加电场强度成正比的应变现象，这一现象叫做逆压电效应。压电材料是压电换能器的研制、应用和发展的关键。大致可分为五类：压电单晶体、压电多晶体、压电半导体、压电高分子聚合物、复合压电材料。其中压电陶瓷是压电多晶体材料，这类压电陶瓷为实心，均匀和一体的压电功能材料，具有优良的压电性能。压电陶瓷自问世以来，至今已有30多年历史。无论在材料基础研究方面或是在应用方面，都获得了飞速的发展。由于压电陶瓷的出现，开辟了压电材料的广阔前景，也使压电换能器的理论发展和实际应用提高到一个新的高度。压电陶瓷是当今最有可为的压电材料，目前在压电材料中无论数量上还是质量上均处于支配地位，其原因是它有如下优点：

(l)所用原材料价廉且易得；(2)具有非水溶性，遇潮不易损坏；(3)压电性能优越；

(4)品种繁多，性能各异，可满足不同的设计要求；(5)机械强度好，易于加工成各种不同的形状和尺寸；

(6)采用不同的形状和不同的电极化轴，可以得到所需的各种振动模式；(7)制作工艺较简单，生产周期较短，价格适中。根据不同的实际应用情况，超声波传感器产生不同频率。如应用在流量测量领域，声波的频率在30kHz到5MHz之间；应用在物位测量领域时，声波的频率会低一些，一般在30kHz到200kHz之间；而当应用在检测装置（如测厚仪和探伤检验装置）上时，声波的频率范围很广，但是总体上来说要比用于其它领域时高很多。

2、超声波测距

超声波因其指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离远等特点，而经常用于进行各种测量。如利用超声波在水中的发射，可以测量水深、液位等．利用超声波测距，使用单片机系统，设计合理，计算处理也较方便，测量精度能达到各种场合使用的要求。

3、超声波在医疗方面的应用

医学上最早利用超声波是在1942年，奥地利医生杜西克首次用超声技术扫描脑部结构；以后到了60年代医生们开始将超声波应用于腹部器官的探测【14】。如今超声波扫描技术已成为现代医学诊断不可缺少的工具。

医学超声波检查的工作原理与声纳有一定的相似性，即将超声波发射到人体内，当它在体内遇到界面时会发生反射及折射，并且在人体组织中可能被吸收而衰减。因为人体各种组织的形态与结构是不相同的，因此其反射与折射以及吸收超声波的程度也就不同，医生们正是通过仪器所反映出的波型、曲线，或影象的特征来辨别它们。此外再结合解剖学知识、正常与病理的改变，便可诊断所检查的器官是否有病。

目前，医生们应用的超声诊断方法有不同的形式，可分为A型、B型、M型及D型四大类。A型：是以波形来显示组织特征的方法，主要用于测量器官的径线，以判定其大小。可用来鉴别病变组织的一些物理特性，如实质性、液体或是气体是否存在等。

B型：用平面图形的形式来显示被探查组织的具体情况。检查时，首先将人体界面的反射信号转变为强弱不同的光点，这些光点可通过荧光屏显现出来，这种方法直观性好，重复性强，可供前后对比，所以广泛用于妇产科、泌尿、消化及心血管等系统疾病的诊断。

M型：是用于观察活动界面时间变化的一种方法。最适用于检查心脏的活动情况，其曲线的动态改变称为超声心动图，可以用来观察心脏各层结构的位置、活动状态、结构的状况等，多用于辅助心脏及大血管疫病的诊断。D型：是专门用来检测血液流动和器官活动的一种超声诊断方法，又称为多普勒超声诊断法。可确定血管是否通畅、管腔有否狭窄、闭塞以及病变部位。新一代的D型超声波还能定量地测定管腔内血液的流量。近几年来科学家又发展了彩色编码多普勒系统，可在超声心动图解剖标志的指示下，以不同颜色显示血流的方向，色泽的深浅代表血流的流速。现在还有立体超声显象、超声CT、超声内窥镜等超声技术不断涌现出来，并且还可以与其他检查仪器结合使用，使疾病的诊断准确率大大提高。超声波技术正在医学界发挥着巨大的作用，随着科学的进步，它将更加完善，将更好地造福于人类。

结语：

超声学是一门应用性和边缘性很强的学科，从它一百多年来的发展可以看出，超声学是随着它在国防、工农业生产、医学、基础研究等领域中应用的不断深入而得到发展的。它不断借鉴电子学、材料科学、光学、固体物理等其他学科的内容，而使自己更加丰富。同时，超声 学的发展又为这些学科的发展提供了一些重要器件和行之有效的研究手段。如超声探伤和超声成像技术都是借鉴了雷达的原理和技术而发展起来的，而超声的发展又为电子学、光电子学、雷达技术的发展提供了超声延迟线、滤波器、卷积器、声光调制器等重要的体波和表面波器件。通过这次的实验，我对超声波的各方面都有了一定的了解，我相信这对我以后的学习和运用都有很大的帮助，另外，虽然我没有参加物理实验竞赛，但是自己用超声波弄了一个非接触式体温计，虽然做得不太好，但也算是超声波传感器的一种应用吧。

参考文献：

1、《大学物理实验》牛原

2、百度百科-超声波原理和应用

3、搜搜百科-超声波原理和应用

第五篇：超声波机安全操作规程

超声波机安全生产操作规程

为确保超声波设备在生产过程中的安全正确使用，保障人身和设备设施的安全，指导操作工正确操作，特作如下规定：

一、着装

１、工装要穿戴整齐，扣好钮扣，穿长袖工装时，要扣牢衣袖的扣子； ２、女工必须把长发盘到头顶并蓄入帽内，不得披长发操作机器。

二、检查机器和模具的安全状况，发现问题必须待机修工修复后方可使用 １、开机前必须检查安全装置是否齐全、完好无损；

２、检查各部位，特别是上下模部位固定是否牢固；

３、检查上下模的开合是否灵活，稳妥，校准模具；

４、检查工夹具、辅助工具是否齐全和完好无损；

５、试车检查设备的基本性能，包括照明，开关是否灵活、润滑部位等部件的检查，运转是否正常，有无异常声响，确认安全后才正式生产。开关失灵的严禁使用。

三、清理工作环境

开机操作前必须清理工作台面和机器周边的物品，工作台面和周边不得堆放阻碍安全的物品。

四、严格按规范操作，坚决杜绝不良习惯

１、未经培训合格，不得上岗操作；

２、未经管理人员指定，不得擅自操作机器；

３、操作时，思想应高度集中，不准一边与人谈话一边进行操作，严禁嘻笑，打闹，聊天等注意力不集中现象；

４、严禁酒后操作机床；

５、禁止两人同时操作同一台机器；

６、严禁将手或身体的任何部位伸入模区；

７、清理模区内的废物时，要关停机器后用工具进行清理，严禁在机器运行时清理； ８、机器或模具有防护装置的不能私自拆卸，如有特殊需要，须经主管同意后由机修人员拆卸；９、中途离岗时必须关停机器，不得在机器运转时无人照看；

１０、下班前应关停机器，切断电源，清理工夹具和机床周边物品，清洁机床，工作部位涂润滑油；

１１、要按规定做好设备的日常保养和定期保养；

五、发现安全隐患时的处理

机床或附属设施出现异常或故障时，应立即停止操作，关停机器，报告主管由有关管理人员处理。当出现安全事故时，应立即停止操作，关停机器，采取必要的紧急措施，防止事态扩大，把损失限制在最低限度，并立即报告主管或有关管理人员。

 宁波千念文具有限公司2008年7月1日