超聲波測壓影響因素仿真分析?

張育卿 明廷鋒 于 瀟

（海軍工程大學動力工程學院 武漢 430033）

1 引言

液壓管路應用十分廣泛，出現在各種設備和器械中，壓力是液壓管路狀態檢測的重要測量參數，通過壓力檢測可以掌握液壓設備的工作狀況，對于某些應用場合，例如高壓、有害物質，采用非接觸測量更加的安全和適用。近年來陸續有學者對超聲波檢測技術在管道壓力非接觸測量工程上的應用開展研究。Bi Yao［1］等提出了一種基于反射縱波的非侵入式壓力測量方法。利用聲彈性理論和薄殼理論，導出了壓力與超聲波聲速的關系。常旭［2］等提出利用表面波進行非接觸壓力的測量，并得到液體的壓力與管壁收器的時間延遲來測量聲速，從而確定液體的壓力。Rosenkrantz［6］等利用超聲波實現了核燃料棒的氣體壓力的測量。孫鐘、刁海波［7］等研究了溫度對聲速的影響，并得出隨著溫度的上升，縱波和橫波在流體中得傳輸速度下降趨勢近似于一條直線。

在實際測量過程中，管路液體中可能混入少量的氣體，且氣體會對聲波在流體中的傳輸特性產生很大的影響［8～10］，所以超聲波在流體中的傳輸速度不僅與溫度和壓力有關，還與氣體的含量有關。本文將以水介質為例，研究溫度、含氣量兩個因素對超聲波測壓的影響。

2 測壓原理

由于混入少量氣體的水在管路中會呈現出比較復雜的物理性質，從理論上計算聲速與溫度、壓力、含氣率的關系比較困難，但流體中聲速與其體積模量k與密度ρ有關，其關系如式（1）所示。……