Ультразвуковой метод определения физико-механических свойств строительных материалов и измерение β-загрязненности поверхностей тяжелых бетонов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторная работа 1. Ультразвуковой метод определения физико-механических свойств строительных материалов

Цель работы: измерение физико-механических характеристик изделий из тяжелого бетона, путем измерения времени распространения ультразвуковых колебаний (УЗК) и измерения амплитуды первой полуволны принятого сигнала в лабораторных условиях.

Перечень оборудования, приборов, инструментов и измерительной техники: ультразвуковой прибор УК-10ПМС, сервисный столик с регулированием геометрии измерения и креплением ультразвуковых датчиков, штангенциркуль для измерения геометрии образца, солидол (высоковязкое техническое масло) для смазки торцов датчиков при обеспечении акустического контакта.

Объекты испытания: образцы кубической формы размерами 100х100х100 мм тяжелого бетона.

1. Теоретическая часть

Прибор обеспечивает измерение времени распространения УЗК в материалах, изделиях и образцах горных пород, скорость распространения УЗК и затухание в которых изменяются в широких пределах, а также обеспечивает измерение амплитуды первой полуволны принятого сигнала на частотах 60 и 100 kHz. Электрическая функциональная схема прибора приведена на рисунке 1.

Генератор зондирующих импульсов 1 возбуждает излучающий ПЭП 2, посылающий в изделие УЗК. Приемный ПЭП 3 принимает УЗК и преобразует их в электрические сигналы, напряжение которых повышается с помощью усилителя 5. С выхода усилителя 5 сигнал поступает на пиковый детектор 6, а с него одновременно на аналоговые ключи 15 и 16, на которых с помощью одновибратора 10 осуществляется выделение первой полуволны принятого сигнала. Выделенный сигнал первой полуволны поступает на интегратор 17, подключенный через коммутатор 14 и к усилителю 5.

1 - генератор зондирующих импульсов; 2 - излучающий ПЭП; 3 - приемный ПЭП; 4 - задатчик базы; 5 - усилитель; 6 - пиковый детектор; 7 - формирователь кода времени; 8 - генератор счетных импульсов; 9 - устройство отображения информации; 10 - одновибратор; 11 - измеритель базы; 12 - коммутатор; 13 - блок разверток; 14 - коммутатор; 15 - аналоговый ключ; 16 - аналоговый ключ; 17 - интегратор; 18 - измеритель амплитуды; 19 - блок ввода данных; 20 - запоминающее устройство; 21 - вычислительное устройство

Рисунок 1 - Электрическая функциональная схема прибора УК-10ПМС

Пиковый детектор 6, аналоговый ключ 15, интегратор 17, коммутатор 14 образуют систему автоматической регулировки усиления (АРУ), обеспечивающую постоянство измеряемой амплитуды при измерении времени распространения УЗК, при изменении сигнала на приемном ПЭП 3 не менее чем на 50 dВ, и формирование напряжения АРУ пропорционального амплитуде первой отрицательной полуволны принятого сигнала.

Измерение амплитуды первой полуволны осуществляется измерителем амплитуды первой полуволны 18. В приборе предусмотрена возможностьввода базы прозвучивания непосредственно с задатчика базы 4 (ЩОЗ.049.150), выход которого соединен с измерителем базы 11.

Измеритель базы 11, усилитель 5, пиковый детектор 6, аналоговые ключи 15 и 16, одновибратор 10, интегратор 17, измеритель амплитуды первой полуволны 18 и коммутатор 14 реализованы в БУ (Щ05.035.150).

С выхода усилителя 5 радиосигнал одновременно поступает на устройство 9 отображения информации (Щ05.043.024-01) и формирователь 7 кода времени, подключенный к коммутатору 12 (Щ05.121.061), через который подключен к вычислительному устройству 21.

Генератор 8 счетных импульсов одновременно соединен с формирователем кода времени 7, измерителем амплитуды первой полуволны 18, измерителем базы 11 и вычислительным устройством 21.

Генератор счетных импульсов 18 и вычислительное устройство 21 расположены в БПР Щ05.105.038-01.

Для ввода необходимых цифровых коэффициентов и других данных, а также для управления процессов измерения в приборе предусмотрена клавиатура с блоком ввода данных 19 (находится в ПН) (Щ03.031.007). Для хранения оперативной, долговременной, а также для формирования кадровой и строчной информации о результатах контроля в приборе используется запоминающее устройство 20 (Щ05.106.013, Щ05.106.014-01), а для формирования напряжений строчной, кадровой и цифровых разверток используется блок разверток 13 (Щ05.081.071).

Отображение цифро-буквенной и аналоговой информации осуществляется на экране электро-лучевой трубки (ЭЛТ).

В зависимости от режима (в приборе реализуется семь РЕЖИМОВ контроля), записанного в прибор с помощью электронно-вычислительной машины, в прибор с помощью блока ввода данных 19 вводятся цифровые коэффициенты - в дальнейшем - данные, необходимые вычислительному устройству 21 (микропроцессору) для оценки результатов измерения и вычисления величин, предусматриваемых режимов работы.

При измерении на экране ЭЛТ отображается следующая информация:

1) время распространения УЗК с учетом коррекции для установки нуля;

2) скорость распространения УЗК, определенная по формуле:

, (1)

где С - скорость распространения УЗК, вычисленная прибором, м/с;

L - база прозвучивания, введенная с помощью клавиатуры перед началом измерения, мм;

Т - время, измеренное прибором, мкс.

3) толщина изделия, определенная по формуле:

, (2)

где l - толщина изделия, мм;

С и Т - см. формулу (1).

4) амплитуда первой полуволны принятого сигнала, измеренная прибором;

прочность бетона, МПа, при введении коэффициентов В и D;

номер изделия;

дата контроля.

Для получения других данных об изделии необходимо произвести изменение программы контроля, записанной в прибор.

Рисунок 2 - Общий вид прибора УК-10 ПСМ и сервисного столика, с закрепленным на нем образцом и датчиками

2. Методика проведения измерений

1) Установите образец МД19-0-1 в сервисное устройство между ПЭП,

2) обеспечив акустический контакт с помощью смазки.

2) Включить шнур питания прибора в розетку сети.

3) Нажать кнопку СЕТЬ прибора, при этом на экране ЭЛТ должна загореться цифро-буквенная информация.

4) Нажать кнопку СБРОС.

5) Задать по команде на экране ЭЛТ режим работы "РЕЖИМ - 1".

6) Нажать клавишу «=». При нажатии клавиши «=», предназначенной для ведения диалога с процессором прибора в соответствии с заданным режимом контроля, на экране сначала появляется надпись «ВВОД ДАННЫХ». Затем по мере нажатия клавиши «=» индуцируются следующие надписи:

- РЕЖИМ - задать один из 7 режимов контроля;

- L - база, значение которой задается в миллиметрах, с дискретностью 0,1 мм (100 мм);

- С - скорость, значение которой задается с дискретностью 1 м/с (2200 м/с);

- АСВР - время, при достижении которого прибор прекращает измерение; задается с дискретностью до 0,1 мкс в диапазоне 5 и 500 мкс (30);

- В - коэффициент, задаваемый в соответствии с ГОСТ 17624-78 при вычислении прибором прочности (для бетона - 28, кирпича - 21, легкого бетона - 10);

- D - коэффициент, задаваемый в соответствии с ГОСТ 17624-78 при вычислении прибором прочности (0,03);

- К - коэффициент коррекции, задается в пределах от 0,01 до 500 мкс с дискретностью 0,01 мкс (0,01);

- КОНУС - при возбуждении в изделиях сдвиговых волн с помощью

ПЭП и конусов, входящих в комплект прибора, для устранения погрешности за счет прохождения УЗК через КОНУС с помощью заданного значения суммарной длины конусов, исключаемой из измерения. Задается с дискретностью 0,1 мм в диапазоне от 1 до 500 мм (10).

- ГОД;

- МЕСЯЦ;

- ЧИСЛО;

- ОПЕРАТОР;

- ТИП ИЗДЕЛИЯ.

7) Выполнить команды программы, индицируемые на экране ЭЛТ, нажимая каждый раз клавишу СТИР при стирании ненужных данных, вводя с помощью клавиатуры необходимые для контроля данные и нажимая каждый раз после введения данных на клавишу« = » обеспечивающую ввод данных.

9) Нажать клавишу ИЗМЕР.

10) Снять 20 показаний времени распространения УЗК по цифровому индикатору при неизменной установке ПЭП на образце и вычислить среднеарифметическое значение этого времени.

Полученные данные заносятся в таблицу 1.

И - излучающий ПЭП; П - приемный ПЭП

Рисунок 3 - Схема расположения образцов относительно датчиков

3. Результаты измерений

Таблица 1 - Физико-механические свойства строительных материалов

4. Статистическая обработка и анализ результатов опыта

Таблица 2 - Статистическая обработка и анализ результатов измерений геометрических параметров продукции строительной индустрии

Таблица 3 - Статистическая обработка и анализ результатов измерений геометрических параметров продукции строительной индустрии

Вывод: Показатель точности характеризует надежность результатов опытов. Чем он больше, тем надежнее результаты исследования. Т.к. показатель точности данного опыта превышает 95 %, то точность опыта считается удовлетворительной.

бетон ультразвуковые колебания загрязнённость

Лабораторная работа 2. Измерение в-загрязненности поверхностей тяжелых бетонов

Цель работы: определение загрязнённости поверхностей легких бетонов с выбором режима измерения на приборе типа "ТИСС".

Перечень оборудования, приборов, инструментов и измерительной техники: универсальный радиометр типа "ТИСС", выносной блок типа "ТЧ", снабженный тремя бета счетчиками типа СТС-6.

Объекты испытания: образцы кубической формы размерами 100х100х100 мм тяжелого бетона.

1. Теоретическая часть

В лёгких бетонах используются заполнители, имеющие повышенную естественную радиоактивность, в том числе имеющие характеристики в-радиоактивного распада частиц. в-излучение обладает непрерывным энергетическим спектром, начиная от весьма малых энергий по некоторой характерной для данного изотопа энергии.

Проходя сквозь бетоны различной плотности в-частицы взаимодействуют с электронами и ядрами этих строительных материалов. Эти взаимодействия бывают упругими и неупругими. При упругих взаимодействиях энергия электронов не теряется, но они резко меняют направление и рассеиваются.

Величина рассеянного в обратном направлении потока излучения зависит от толщины рассеивателя и атомного номера элемента рассеивателя - строительного материала (бетона).

Это выражение выражается экспоненциальной зависимостью:

, (1)

где J_ОБР. - величина рассеянного в обратном направлении потока;

м_ОБР. - коэффициент обратного рассеяния излучения.

Зависимость интенсивности рассеянного в обратном направлении в-излучения от атомного номера рассеивателя выражается формулой:

, (2)

где J_ОБР.max1, J_ОБР.max2 - максимальные потоки рассеянного излучения от материалов с атомными номерами Z₁ и Z₂;

n - постоянный коэффициент зависящий от геометрических размеров опыта (0,7... 0,8).

При неупругих взаимодействиях энергия бета частиц расходуется на ионизацию атомов вещества (ионизационные потери). Отношение первых потерь (радиационные потери) ко вторым приближенно определяется соотношением равным 1000/ZE. Следовательно, с увеличением атомного номера (Z) вещества строительного материала ионизационные потери будут падать, а радиационные возрастать.

Зная вещественный состав лёгкого бетона и проведя измерения интенсивности в-излучения на поверхности этих материалов устанавливается интенсивность их в-загрязнённости.

2. Методика проведения испытания

Перед включением прибора необходимо:

а) тумблер СЕТЬ перевести в положение ВЫКЛ.;

б) регулятор высокого напряжения повернуть до отказа влево;

в) выведенную под шлиц ручку РЕГ. ЧУВСТВ. ПОВЕРНУТЬ до отказа влево;

г) переключатель диапазонов установить в положение ЗТ;

д) тумблер МЕХ. СЧЕТ поставить в положение ВЫКЛ.;

е) тумблер КОМП. ФОНА поставить в положение РУЧНАЯ;

ж) тумблер ПРОВЕРКА - РАБОТА поставить в положение ПРОВЕРКА;

з) заземлить корпус прибора;

и) соединить сетевой кабель с сетью переменного тока;

к) перевести тумблер СЕТЬ в положение ВКЛЮЧ. И прогреть прибор в течение 15 мин.;

л) тумблер УСТ. НУЛЯ - РАБОТА перевести в положение УСТ. НУЛЯ и установить нуль прибора; тумблер снова перевести в положение РАБОТА;

м) тумблер МЕХ. СЧЕТ перевести в положение ПУСК ровно на 1 мин. Включить тумблер МЕХ. СЧЕТ, сосчитать число импульсов, показываемых механическим счетчиком.

Это число должно быть равно 3000±150 и совпадать с показаниями прибора.

н) подключить выносной блок;

о) переключатель диапазонов перевести в положение ВЫСОКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ и установить по шкале прибора 0 - 2000В напряжение, необходимое для данного выносного блока;

п) тумблер ПРОВЕРКА - РАБОТА перевести в положение РАБОТА.

На этом подготовка прибора заканчивается.

Порядок проведения при помощи выносного блока типа ТЧ следующий:

включить прибор в сеть;

тумблер КОМП. ФОНА на задней панели ТЗ перевести в положение АВТ. (должен загореть сигнал ГОТОВ);

образец накладывают на верхнюю крышку выносного блока так, чтобы кнопка на верхней крышке оказалась нажатой;

прибор через 12 сек отмечает загрязненность образца в имп/мин;

- через 12 сек после того, как измеренный образец был удален с выносного блока, на передней панели вновь вспыхнет сигнал ГОТОВ. Это означает, что можно производить следующее измерение.

На рисунке 1 представлен общий вид прибора ТИСС.

Рисунок 1 - Общий вид прибора ТИСС

3. Результаты испытаний

Таблица 1 - Определение коэффициента пропускания светофильтра

4. Статистическая обработка и анализ результатов опыта

Таблица 2 - Статистическая обработка и анализ результатов определения в-загрязненности поверхностей легких бетонов

Вывод: Показатель точности характеризует надежность результатов опытов. Чем он больше, тем надежнее результаты исследования. Т.к. показатель точности данного опыта превышает 95 %, то точность опыта считается удовлетворительной.

Таблица 3 - Статистическая обработка и анализ результатов определения в-загрязненности поверхностей легких бетонов

Вывод: Показатель точности характеризует надежность результатов опытов. Чем он больше, тем надежнее результаты исследования. Т.к. показатель точности данного опыта превышает 95 %, то точность опыта считается удовлетворительной.

Размещено на Allbest.ru