超声波测量液体浓度 设计实验报告 - 1 - 超声波测量液体浓度设计实验 ——电子 0 9 0 3 班 李冰洁 0 9 2 1 4 0 6 0 一、实验任务： 溶液中声波的传播速度与溶剂的浓度有密切的关系，试设计一种超声波声速的测量方法，定量研究声速与浓度的关系（变化曲线），最后能够测量出未知溶液的浓度，精度不低于 5 %。 二、实验要求： 1 、参阅相关资料，了解超声波换能器的种类，特别是压电式超声波换能器的工 作原理。 2 、比较脉冲反射法测量声速和连续波法测量声速的特点。 3 、设计连续波测量液体声速的实验方案。 4 、制作氯化钠溶液浓度与声速的变化曲线。 三、实验原理： 1 、物理模型——机械波的产生： 首先要有作机械振动的物体（波源），其次要有能够传播这种机械振动的介质，只有通过介质质点间的相互作用，才能够使机械振动由近及远地在介质中向外传播。发生器是波源，液体是传播声波的介质。故声波是一种在弹性介质中传播的机械纵波。声速是声波在介质中的传播速度。如果声波在时间t 内传播的距离为s，则声速为 vst ，由于声波在时间T（周期）内传播的距离为（波长），则vTf ，可见，只要测出频率和波长，便可以求出声速v 。本实验使用交流电信号控制发生器，故声波频率 f 即电信号的频率，它可用频率计测量或信号发生器直接显示，而波长λ 的测量常用的是相位比较法和驻波法（共振干涉法）。 2 、超声波换能器： ⑴压电式换能器工作原理：用做超声波换能器的压电陶瓷被加工成平面状，并在正反两面 - 2 - 分别镀上银层作为电极，称为压电晶片。当给压电晶片两级施加一个电压短脉冲时，由于逆压电效应，晶片将发生弹性形变而产生弹性振荡，振荡频率与晶片的声速和厚度有关，适当选择晶片的厚度可以得到超声频率范围的弹性波，即超声波。在晶片振荡过程中，由于能量的减少，其振幅也逐渐减小，通常称为脉冲波。超声波被同一压电换能器接收，由于正压电效应，振荡的晶片在两极产生振荡的电压，电压放大后可以用示波器显示。 ⑵换能器的种类：纵波波型、横波波型、表面波波型。 四、实验方案： 方案一：驻波法（共振干涉法） 1、实验方法： 声源产生的一定频率的平面声波，经过空气介质的传播，到达接收器。声波在发射面和接受面之间被多次反射，故声场是往返声波多次叠加的结果，入射波和反射波相干涉而形成驻波。在发射面和接受面之间某点的合振动方程为 )cos()2cos(22...
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