内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）
值为60.2%，测量结果如表4-3所示：
表4-3采样数据表
图4-4浓度与衰减比关系
（4）使用超声波频率为50k赫兹的超声波探头，超声波换能器探头距离为0.12m。改变气固两相流的固相浓度，浓度分别设定为2倍浓度、4倍浓度、6倍浓度。纯空气中的幅
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值为67.7%，测量结果如表4-4所示：
表4-4采样数据表
图4-5浓度与衰减比关系
（5）使用超声波频率为50k赫兹的超声波探头，超声波换能器探头距离为0.18m。改变气固两相流的固相浓度，浓度分别设定为2倍浓度、4倍浓度、6倍浓度。纯空气中的幅
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值为72.2%，测量结果如表4-5所示：
表4-5采样数据表
图4-6浓度与衰减比关系
4.2.2实验分析
（1）由图4-4可以看出，当超声波探头之间的距离为0.09m时，超声波检测仪收到的信
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号是增强的。
原因分析：当超声波探头的距离过近时，由储沙铁桶流下来的沙子，会打在超声波探头上，从而产生大量的噪音。会出现鱼目混珠的现象，会使得超声波检测仪错把这些噪音当做自己发射的超声波信号，就会出现信号增强的现象。
（2）由图4-6可以看出，当超声波探头之间的距离为0.18m时，超声波检测仪收到的信号会出现震荡。
原因分析：超声波在空气中的衰减是十分严重的，探距超过0.2m时，超声波探测仪将检测不到信号。试探着超声波探距定为0.18m，此时超声波探测仪虽然可以检测到信号，但是，超声波探测仪——CTS-65在接收到的信号很弱的时候会在小范围内增强发射信号，待检测信号正常时，就会恢复设定值。所以就出现了信号幅值震荡的现象。 （3）当超声波探头之间的距离定为0.15m时，从实验结果可以看出接收到的信号相对稳定。所以，设定探距为0.15m，研究气固两相流浓度和超声波穿过气固两相流时幅值变化的关系。下面将浓度为1到14倍单位浓度的衰减比做一个总的分析，如图4-7所示：
图4-7浓度与衰减比关系
图4-7中的两条细线为渐近线表示误差范围，粗线表示规律线，从图中可以看出当浓度
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大于八倍浓度时，实验将出现小幅度的不稳定现象。而在工业生产中所用到的浓度一般都小于七倍的单位浓度。由图4-8可以得到衰减比Y与单位浓度倍数X的函数关系如下式所示：
Y=0.08X
（4-2）
本章节开头部分提到当探距为0.15m时，单位浓度为0.3351%。可以推导出气固两相流 浓度Y与衰减比X的函数关系如下式所示：
Y=0.0419X
（4-3）
可以看出误差范围还是比较大的，这也是超声波法的缺点，有待改善。另外本次设计也对将来超声波仪器的制作提供了一定的思考。在换能器的选择上应该选择该换能器探头所产生的超声波波长稍微大于其所测量的固体颗粒的直径，这样才可以得到相对较为明显的衰减而不至于检测不到信号；而数据处理装置则需要考虑现场所需要的参数如颗粒的直径、流体的速度、气固两相流的浓度以及固体颗粒的分布等。所以，在超声波仪器的制作过程中，具体实际问题具体分析，不应该走入形而上学的道路。
4.3本章小结
（1）提出实验目标，设计实验步骤。
（2）数据分析，探索探距和浓度两个参数变量，对实验结果的影响并分析原因。 （3）数据分析，找到气固两相流浓度Y与超声波信号衰减比X的的函数关系。 （4）为后期超声波检测仪的制作提供了一定的理论依据，如换能器的选择、数据处理
仪的制作等。
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