實驗五聚胺酯橡膠的灌封工藝

校內講義《水聲換能器設計與制作工藝》實驗指導書水聲工程學院王文芝目錄實驗一壓電陶瓷材料主要參數(shù)測試…………1實驗二環(huán)氧樹脂粘結與灌封工藝實驗………4實驗三薄壁圓管換能器的制作………………6實驗四復合棒換能器的制作…………………10實驗五聚氨酯橡膠的灌封工藝………………13實驗六薄圓片徑向振動換能器的制作………15實驗七薄長片長度振動換能器的設計與制作………………18實驗八水聲換能器電聲性能參數(shù)測量實驗…20實驗九氯丁橡膠硫化工藝實驗………………26實驗十超聲應用實驗…………27實驗一、壓電陶瓷材料主要參數(shù)測試一、實驗目的：掌握壓電陶瓷材料性能參數(shù)的測試方法，了解主要參數(shù)的計算方法。二、實驗內容：1.學習實驗儀器的使用；2.用“諧振-反諧振”法測試PZT-4、PZT-5的主要參數(shù)；3.電容電橋測量，；4.用NW1232低頻頻率特性測試儀測量；5.用ZJ-3A型準靜態(tài)測量儀測量各元件的值。三、實驗儀器：信號源GFG——8250A一臺毫伏表DF2175二臺型網絡轉接器自制一個低頻頻率特性測試儀NW1232一臺準靜態(tài)測量儀ZJ-3A一臺電容電橋一臺四、實驗原理：通過“諧振-反諧振”方法，測試壓電陶瓷材料的串聯(lián)諧振頻率、并聯(lián)諧振頻率等，計算出各主要參數(shù)。實驗儀器：五、儀器連接：六：實驗方法：1.按圖連接好儀器。2.打開儀器開關，將樣品夾到夾持架兩頂尖處，注意夾持力要盡量小，以樣品不掉下來即可，夾持點應選在樣品的中心處。3.調節(jié)輸入電壓，測量薄圓片和薄長條片材料時，使V=1V，測量長圓柱試樣時，使V=3V。4.調節(jié)信號頻率，按測量參數(shù)的需要測出試樣的，測量時，將轉接器開關撥到，測量時將轉接器開關撥到，注意觀察輸出電壓，當輸出電壓出現(xiàn)第一個峰值時，此時的信號頻率即為，繼續(xù)調節(jié)輸入信號頻率，當輸出電壓出現(xiàn)第一個谷值時，此時頻率為，當輸出電壓出現(xiàn)第二個峰值時，此時的輸入信號頻率為。5.用NW1232低頻頻率特性測試儀測量時，選掃頻方式為“線性”，檢波方式為“線性”，調節(jié)掃頻寬度可觀測到頻率特性曲線，再將掃頻方式改為“手動”，可在相應位置測出。6.ZJ-3A靜態(tài)測量儀使用方法見附頁。七、實驗步驟：1、用薄圓片試樣（PZT-4，PZT-5二種）測試材料的2、用薄長方片試樣（PZT-4，PZT-5二種）測試材料的3、用長圓柱試樣（PZT-4）測試材料的，S33D要求：每個頻率反復測量3次，取平均值。附頁ZJ-3A型準靜態(tài)測量儀操作方法一般手續(xù)下面的一般手續(xù)適用于試樣電容值小于0.01(對×1檔)或小于0.001(對×0.1檔)的情況。1.用兩根多芯電纜把測量頭和儀器本體連接好。2.把附件盒內的塑料片插入測量頭的上下兩探頭之間，調節(jié)測量頭頂端的手輪，使塑料片剛好壓住為止。3.把儀器后面板上的“”選擇開關置“”一側。（如置“力”一側，則面板表上顯示的低頻交變力值，應為“250”左右，這是低頻交變力0.25N的對應值）。4.使儀器后面板上的量程選擇開關，按被測試樣的估計值，處于適當位置，如無法確定估計值，則從大量程開始。（量程選擇開關置×1一側）。5.在儀器通電預熱10分鐘后，調節(jié)儀器前面板上的調零旋鈕使面板表指示在“0”與“-0”之間。6.去掉塑料圓片，插入待測試樣于上下兩探頭之間（參考圖1），調節(jié)手輪使探頭與樣品剛好夾持好住，靜壓力應盡量小，使面板表指示值不跳動即可。靜壓力不宜過大，如力過大，會引起壓電非線性，甚至損壞測量頭。但也不能過小，以致試樣松動，指示值不穩(wěn)定。待指示值穩(wěn)定后，即可讀取的數(shù)值和極性。當測量大量同樣厚度的試樣時，則可輕輕壓下測量頭的膠木板，取出已測試樣，插入一個待測樣品后，松開膠木板即可；不必再調節(jié)測量頭上方的調節(jié)手輪，這樣既方便，且還使靜壓力保持一致。7.為減小測量誤差，零點如有變化或換檔時，需重新調零。實驗二環(huán)氧樹脂粘結與灌封工藝實驗實驗目的：學習環(huán)氧樹脂粘結與灌封工藝，掌握粘結與灌封用環(huán)氧樹脂的配方與調制方法。實驗內容：1、配制粘結與灌封用環(huán)氧樹脂膠；2、用環(huán)氧樹脂膠粘結金屬片。實驗儀器及材料：電子天平1臺組合工具1套環(huán)氧樹脂適量鄰苯二甲酸二丁脂適量多乙烯多胺適量乙醇適量金屬片3個螺釘1個實驗步驟粘結工藝實驗：1、選擇合適的配方：（配方一）環(huán)氧樹脂…………100鄰苯二甲酸二丁脂………………20多乙烯多胺………14～17呋喃樹脂……………25（配方二）環(huán)氧樹脂…………100一縮二乙二醇………52、粘結物體表面處理：金屬片表面磨砂后用乙醇清洗。3、按配方調制環(huán)氧樹脂膠：用天平稱量容器，首先加入環(huán)氧樹脂，之后加入增塑劑，最后加入固化劑，將混合液攪拌均勻備用。如果有需要可加入填料。4、先在要粘結的物體表面均勻地涂上環(huán)氧樹脂膠，越薄越好，再將粘結的物體表面對合在一起，加壓，擦去多余的膠。5、按配方規(guī)定的固化條件進行固化。灌封工藝：（附加介紹，后續(xù)實驗將會用到）1、選擇合適的配方：環(huán)氧樹脂…………100鄰苯二甲酸二丁脂………………20多乙烯多胺………14～17呋喃樹脂……………252、預處理：用乙醇清洗模具及灌封體表面。3、在模具內表面均勻地涂上脫模劑：低溫潤滑脂或真空脂。4、按配方調制環(huán)氧樹脂膠：用天平稱量容器，首先加入環(huán)氧樹脂，之后加入增塑劑，最后加入固化劑，將混合液攪拌均勻備用。如果有需要可加入填料。5、將調制好的環(huán)氧樹脂膠放置10分鐘左右，待膠液中的氣泡浮起后用熱風將其吹除。6、將吹除氣泡后的環(huán)氧樹脂膠到入模具中，繼續(xù)觀察有無氣泡出現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)氣泡及時去除，直到不再產生氣泡為止7、放置在室溫環(huán)境中，24小時后固化反應完成。思考題：1、環(huán)氧樹脂膠中有氣泡會對灌封后的換能器產生什么影響？2、粘結過程中為什么要嚴格地進行清潔處理？實驗三、薄壁圓管換能器的制作一、實驗目的：掌握薄壁圓管接收換能器的設計、制作方法，了解這類換能器生產制作的工藝過程。二、實驗內容：1.設計并制作一只中心工作頻率的圓柱型水聽器。2.計算低頻開路電壓靈敏度。3.計算水聽器的垂直指向性開角。三、實驗儀器及材料：頻率特性測試儀NW12321臺兆歐表1只組合工具1套壓電陶瓷薄壁圓管PZT-5一個金屬電纜接頭自制1個電纜雙芯屏蔽1根定位墊自制2個減振墊自制2個四、設計理論依據(jù)：（電壓元件的選取、設計過程、零部件圖紙）。1.薄壁圓管換能器自由振動時的共振頻率的計算薄壁壓電陶瓷圓管自由振動時的共振頻率方程： 時，對于薄壁短圓管的共振頻率：式中：——圓管的平均半徑；單位:m；——壓電陶瓷的密度，單位：kg/m3;——短路彈性柔順系數(shù)，單位：m2/N。2.徑向極化時低頻開路接收電壓靈敏度的計算管端屏蔽時：管端暴露時：管端有端蓋時：其中：——壓電陶瓷圓管的內半徑，單位：m；——壓電陶瓷圓管的外半徑，單位：m；——水聽器開路輸出電壓，單位：V；——水聽器表面受到的聲壓：單位：Pa；——壓電常數(shù)，單位：V.m/N；——壓電常數(shù)，單位：V.m/N。3.定向平面為XOZ的垂直指向性函數(shù)為：——介質中的縱波波數(shù)。主瓣波束寬度：其中：——介質中的聲波波長，單位：m；——圓柱換能器的輻射面長度，單位：m。五、制作工藝過程：①按設計要求加工外部零件；②對PZT元件進行高溫（100~200℃）老化若干天；③測試元件性能，挑選性能附合要求，一致性好的元件各用；④用細去污粉擦洗元件，用清水沖凈、擦干，再高溫烘1小時后自然降溫，之后元件不要再用手觸摸，以免再次被油污，而影響粘結強度；⑤對部件進行處理：去毛刺、檢驗配合尺寸等；⑥對電纜接頭進行預處理；⑦用酒精或丙酮對各部件去油污、清洗；⑧電纜處理：剝線、芯線鍍錫、焊接過渡線；用兆歐表、三用表檢查電纜的絕緣狀態(tài)及連通狀態(tài)；硫化或灌封預處理；⑨PZT元件焊接處事先鍍錫，注意焊接時間盡量短，以免將銀電極焊掉；⑩依次安裝換能器零件，將電纜的屏蔽線與電纜接頭連通，電纜的芯線分別焊于圓管的內外電極上，并在電纜的另外一端作標記。eq\o\ac(○,11)將各零件位置置于同軸狀態(tài)，擰上螺桿。eq\o\ac(○,12)用兆歐表檢查換能器的絕緣狀態(tài)，要附合相關要求；eq\o\ac(○,13)用頻率特性測試儀檢查換能器的工作狀態(tài)是否正常，合格進行下一步；eq\o\ac(○,14)上述檢查合格后，進行透聲層灌封；eq\o\ac(○,15)完成電纜的密封工作（這一工序可以在裝配前完成）；eq\o\ac(○,16)測量換能器各項性能指標。六、測試結果1.換能器在空氣中的阻抗特性測試結果；2.換能器在水中的阻抗特性測試結果；3.換能器在水中的開路電壓靈敏度及頻響曲線。實驗四、復合棒換能器的制作一、實驗目的：掌握復合棒發(fā)射換能器的設計、制作方法，了解復合棒換能器的制作工藝。二、實驗內容：1.設計并制作一只復合棒發(fā)射換能器，中心工作頻率。2.在空氣中測試阻抗特性。三、實驗儀器及材料：頻率特性測試儀NW12321臺準靜態(tài)測量儀ZJ-3A1臺兆歐表1只，預應力施加裝置自制1臺，組合工具1套，壓電陶瓷元件PZT-42個，硬鋁前蓋板自制1個，黃銅后蓋板自制1個，預應力螺桿自制1個，電極片自制2個，定位模具自制1個，環(huán)氧樹脂618型適量固化劑適量增塑劑適量四、設計理論依據(jù)：（包括元件的選取，計算過程及零部件圖紙）1.節(jié)面位置的選擇：節(jié)面位置選在兩壓電陶瓷元件的結合面上，即：。2.前蓋板的頻率方程：3.后蓋板的頻率方程式中：——壓電陶瓷圓片的厚度，單位m； ——后蓋板，前蓋板的長度，單位，m;——各部分的波數(shù)； ——延展系數(shù)；——前蓋板小端、大端半徑，單位m；——后蓋板聲速，前蓋板聲速，壓電陶瓷元件級聯(lián)后的聲速；單位m/s；，單位：m/s；——后蓋板，前蓋板，壓電陶瓷的密度，單位：kg/m3；——短路柔順系數(shù)和開路柔順系數(shù)，m2/N；——縱向機電耦合系數(shù)；4.當前蓋板為圓柱體時，,此時前蓋板的頻率方程為五、制作工藝過程：①按設計要求加工外部零件；②對PZT元件進行高溫（100~200℃）老化若干天；③測試元件性能，挑選性能附合要求，一致性好的元件各用；④壓電元件表面正極作標記后用細去污粉擦洗元件，用清水沖凈、擦干，再用60℃烘1小時后自然降溫，之后元件不要再用手直接觸摸粘結表面，以免再次被油污而影響粘結強度；⑤對部件進行處理去毛刺、檢驗配合尺寸等；⑥前、后蓋板的粘結表面預處理；⑦金屬電極片兩面預處理；⑧用酒精或丙酮清洗前、后蓋板及電極表面；⑨電極焊接處先鍍錫；⑩按配方調制粘結用環(huán)氧樹脂膠；eq\o\ac(○,11)按各部件的排列順序逐一在粘結表面上涂膠，膠層要均勻，越薄越好，檢驗壓電元件的極性是否正確，保證兩元件在電路上的并聯(lián)關系，即相鄰兩片的極性相反，逐一粘結各部件，擰入預應力螺桿，不加力。（預應力螺桿上要加絕緣套管）；eq\o\ac(○,12)將各部件調整到同軸位置，套入定位模，以保證各部件施加預應力后的同軸度；eq\o\ac(○,13)將換能器放入施加預應力的裝置中，加壓并緊固好預應力螺桿，釋壓后取出換能器，去掉定位模具，擦凈擠出的膠，注意電極片焊接處不可有殘膠；eq\o\ac(○,14)用兆歐表檢驗絕緣；eq\o\ac(○,15)視環(huán)氧樹脂膠配方情況，將換能器置于高溫或室溫環(huán)境中固化，固化完成后焊電極引線；eq\o\ac(○,16)測試換能器相關參數(shù)。六、換能器空氣中的阻抗特性測試結果實驗五聚氨酯橡膠的灌封工藝一、實驗目的：掌握聚氨酯橡膠的灌封工藝過程，了解抽真空系統(tǒng)的組成。二、實驗設備及器具：恒溫干燥箱101C-21臺真空泵2X-41臺、電動攪拌器90W1臺、電熱器1只調壓器1臺調溫電爐1個三口瓶1個溫度計2只，天平1臺、臺秤1臺、燒杯1個，水平尺1把，真空表1只，聚氨酯橡膠適量固化劑適量脫模劑適量三、實驗內容：1.了解脫模劑的配制過程。2.了解聚胺酯橡膠的配方。3.灌封60kHz水聽器。四、灌封工藝1、按需要設計加工好模具，并對模具進行清潔處理，將配好的脫模劑均勻地涂在模具上，將模具安裝好，放入高溫烘箱中加熱到60℃，保溫1小時。2、將聚氨酯按需量稱好，裝入三口瓶中，插入溫度計、真空機接口及攪拌機。加溫并開始抽真空，同時邊抽空氣邊攪拌，抽真空約1.5小時左右，直至膠液中無氣泡或僅有少量氣泡為止。3、將膠液降溫，繼續(xù)抽真空。將固化劑MoCa按每次配方量計算好，放入燒杯中，加熱熔化，溫度在120℃～150℃之間。當MoCA全部熔解時倒入聚氨酯中，邊抽真空邊攪拌約一分鐘。此時便可以進行灌注了。4、將聚氨酯從模具一側倒入，灌封用的模具要事先用丙酮清洗干凈。將所有地方處理好，方可灌注。5、灌注膠液后，要及時將膠液中氣泡處理干凈，灌注半小時以后，膠的流動性變差，此時不可再清除氣泡。6、灌注后加熱至70℃保溫4小時，之后升溫至90℃保溫2小時。加熱的溫度、時間與膠固化后的硬度有關，有待于今后實際探索。7、三口瓶內的膠要倒干凈，放入烘箱內一起加溫固化。之后將殘膠取出。8、加熱6小時后，斷電自然降溫到室溫，取出脫模。9、MoCa量的計算，MoCA=聚胺酯量×NCO×3.18×K/100K——為系數(shù)在一定范圍內可調節(jié)。NCO——每次購買膠體后由廠方提供，各次均不相同。五、抽真空系統(tǒng)組成示意圖實驗六薄圓片徑向振動換能器的制作一、實驗目的：掌握薄圓片徑向振動換能器的設計、制作方法，了解此類換能器生產制作的一般工藝過程。二、實驗內容：1.設計并制作一只徑向振動頻率115kHz的薄圓片徑向振動發(fā)射換能器。2.計算全開角。3.用環(huán)氧樹脂封裝換能器。三、實驗儀器及材料：頻率特性測試儀NW12321臺準靜態(tài)測量儀ZJ-3A1臺兆歐表1只，組合工具1套壓電陶瓷薄圓片PZT-41個金屬電纜接頭自制1個電纜雙芯屏蔽1根減振墊自制1個環(huán)氧樹脂適量增塑劑適量固化劑適量四、實驗理論依據(jù)：（包括壓電元件的選取、設計計算過程及零部件圖紙）。1.壓電陶瓷薄圓片自由振動時的共振頻率方程為：當σ=0.27~0.42時，其近似的共振基頻表達式為：式中：——共振基頻，單位：Hz；——壓電陶瓷的泊松比；——短路彈性柔順系數(shù)，單位：m2/N；——壓電薄圓片的半徑，單位：m；V——壓電薄圓片中徑向振動的聲速，單位：m/s；——壓電陶瓷的密度，單位：kg/m3；2.換能器在XOZ、YOZ定向平面內的指向性函數(shù)為： 主瓣波束寬度為式中：——介質中聲波的波長，單位：m；——薄圓片的半徑，單位：m；五、制作工藝過程：1．按設計要求加工外部零件；2．對PZT元件進行高溫（100～200℃）老化若干天；3．測試元件性能，挑選性能附合要求，一致性好的元件備用；4．用細去污粉擦洗元件，用清水沖凈、擦干，再高溫烘1小時后自然降溫，之后元件不要再用手觸摸，以免再次被油污而影響粘結強度；5．對部件進行處理：去毛刺、檢驗配合尺寸等；6．對外殼進行預處理；7．用酒精或丙酮對各部件去油污、清洗；8．電纜處理：剝線、芯線鍍錫、焊接過渡線；用兆歐表、三用表檢查電纜的絕緣狀態(tài)及連通狀態(tài)；硫化或灌封部分處理；9．PZT元件焊接處鍍錫，注意焊接時間盡量短，以免將銀電極焊掉；10．按順序組裝：引電纜；固定去耦材料；焊接元件與電纜；固定PZT元件；焊點防腐蝕處理；11．檢查PZT元件安裝是否平整、位置是否居中，不附合要求要校正；12．用兆歐表檢查換能器的絕緣狀態(tài)，要附合相關要求；13．用頻率特性測試儀檢查換能器的工作狀態(tài)是否正常，合格進行下一步；14．上述檢查合格后，進行透聲層灌封；15．完成電纜的密封工作（這一工序可以在裝配前完成）。16．測量換能器各項性能指標。六、換能器在空氣中的阻抗特性測試結果及波束角的計算。實驗七薄長片長度振動換能器的設計與制作一、實驗目的：學習薄長片長度振動換能器的設計方法，掌握薄長片長度振動換能器的制作工藝。二、實驗儀器及材料：頻率特性測試儀NW12321臺準靜態(tài)d33測試儀ZJ-3A1臺，兆歐表1臺,組合工具1套,壓電陶瓷薄長片PZT—41個,電纜接頭自制1個,水聲換能器專用電纜雙芯屏蔽1根,去耦墊自制1個,絕緣板自制1塊,端蓋自制1個,背襯殼體自制1個,聚氨酯灌封設備1套,聚氨酯橡膠適量固化劑適量三、實驗內容：設計并制作一只長度振動發(fā)射換能器，中心工作頻率f0＝55kHz。計算頻率為55kHz,70kHz,100kHz時的-3dB全開角。對發(fā)射換能器進行水密封裝。四、實驗理論依據(jù)：半波振子,其共振基頻:f＝v/l或者l＝λ/2;指向性按連續(xù)線陣計算。實驗步驟:1、按工作條件及技術要求設計選定壓電陶瓷元件型號、尺寸;2、設計并加工結構件;3、壓電陶瓷元件處理:高溫老化、元件篩選;去油并清洗備用。4、結構件預處理:去毛刺、去油并清洗、檢驗加工尺寸等。5、電纜處理:剝線、鍍錫、焊接過渡線;檢查絕緣及連通狀態(tài)。6、壓電陶瓷元件焊接點鍍錫;7、換能器組裝：引電纜并固定;粘結固定背襯殼體;粘結固定絕緣板及去耦墊;焊接并固定壓電陶瓷元件;固定端蓋。8、用NW1232頻率特性測試儀檢查換能器的頻率特性;9、用兆歐表檢查換能器的絕緣狀態(tài);10、用聚氨酯橡膠灌封換能器的透聲層及電纜;11、測試換能器的發(fā)射性能參數(shù)。思考題：1、如果選用PZT-5壓電陶瓷薄長片,尺寸相同,諧振頻率有何變化？2、試回答去耦墊的作用？實驗八水聲換能器電聲性能參數(shù)測量實驗實驗目的：學習常用聲學儀器的使用，掌握壓電換能器主要性能參數(shù)的測量方法。實驗內容：1、自己設計制做的水聲換能器電阻抗特性測量；2、自己設計制做的水聽器自由場開路電壓靈敏度測量3、自己設計制做的水聲換能器指向性圖測量4、自己設計制做的水聲發(fā)射器發(fā)送電壓響應測量實驗儀器與設備1、信號源B&K10271臺2、選通門電路B&K44401臺3、功率放大器B&K27131臺4、測量放大器B&K26101臺5、濾波器B&K16171臺6、示波器國產1臺7、發(fā)射換能器自研1臺8、被測水聽器自研1臺9、標準水聽器B&K81041臺10、自動旋轉裝置自研1臺11、阻抗分析儀HP41921臺四、實驗儀器設備連接方法及框圖說明：上述實驗項目中后三項儀器設備的連接框圖基本一致。注意事項：認真識別每臺儀器設備的功能旋鈕，仔細閱儀器設備使用說明書按照儀器設備連接框圖正確連接，連接前檢查連接用電纜的可靠性；3、經指導教師檢查后方可通電；4、加電后開機檢查各儀器設備是否能夠正常工作，如不正常，單機調試；5、連接好水聲發(fā)射器、水聽器后，應加載電信號，觀察水聽器接收波形是否正常，如遇有干擾等問題及時采取相應措施解決，以免影響實驗的正常進行及可能帶來的測量數(shù)據(jù)的錯誤。信號源外觸發(fā)信號示波器監(jiān)測信號選通門電路濾波器功率放大器測量放大器旋轉裝置標準水聽器被測水聽器發(fā)射器水聲水池儀器設備連接框圖五、實驗步驟擦洗、浸泡實驗用水聲換能器，浸泡時間足夠長；根據(jù)實驗用水聲換能器幾何尺寸及實驗工作頻帶范圍確定遠場距離，并將換能器吊放在聲場中合適位置處；正確連接儀器設備；開機聯(lián)調；觀察波形，并記錄；根據(jù)測量內容，記錄相應數(shù)據(jù)。（1）水聲換能器電阻抗測量實驗采用HP4192A阻抗特性分析儀進行自動測量。（2）水聽器自由場電壓靈敏度的測量將標準水聽器與待測水聽器置于聲場中與水聲發(fā)射器呈等腰三角形或將三者等效聲中心處于一條直線上，發(fā)射器和接收器的間距要滿足遠場條件。將頻率為待測換能器工作頻率f的電信號加到發(fā)射器上,且保持其發(fā)射聲場恒定不變。注意要使發(fā)射器的聲軸方向對準水聽器，記錄標準水聽器與待測水聽器輸出端的電壓。（3）水聲換能器指向性圖測量·發(fā)射換能器指向性圖的測量將待測發(fā)射換能器安裝在測量回轉桿上，水聽器置于待測換能器聲軸方向的遠場。將頻率為待測換能器諧振頻率f的電信號加到待測換能器上，且保持加到換能器上電流(或電壓)恒定(即保持發(fā)射聲場穩(wěn)定不變)。轉動待測換能器,記下?lián)Q能器不同方位上水聽器輸出電壓值。（4）水聲發(fā)射器發(fā)送電壓響應的測量將標準水聽器與水聲發(fā)射器的等效聲中心處于一條直線上，發(fā)射器和接收器的間距要滿足遠場條件。將頻率為待測換能器工作頻率f的電信號加到發(fā)射器上,且保持其發(fā)射聲場恒定不變。注意要使發(fā)射器的聲軸方向對準水聽器，記錄水聽器輸出端的電壓和發(fā)射器輸入端的電壓。六、實驗數(shù)據(jù)處理方法1、水聽器自由場電壓靈敏度測量實驗數(shù)據(jù)處理方法實驗室采用比較法測量水聽器的自由場電壓靈敏度，因此實驗過程中應記錄的數(shù)據(jù)包括：標準水聽器的自由場電壓靈敏度一級校準結果數(shù)據(jù)，即；標準水聽器在不同頻率下開路輸出電壓數(shù)據(jù)，即；被測水聽器在不同頻率下開路輸出電壓數(shù)據(jù)，即。根據(jù)水聽器自由場電壓靈敏度定義，有：對于標準水聽器（1.1）對于被測水聽器（1.2）這里，分別是標準水聽器和被測水聽器在聲場中未放入該水聽器前其聲中心位置處的聲壓值。一般在測量中，使，這樣由（1.1）、（1.2）兩式可得被測水聽器的自由場開路電壓靈敏度為：（1.3）如果采用分貝表示，則被測水聽器的自由場開路電壓靈敏度級為：（1.4）2、水聲發(fā)射器發(fā)送電壓響應測量實驗數(shù)據(jù)處理方法實驗室采用比較法測量水聲發(fā)射器發(fā)送電壓響應，因此實驗過程中應記錄的數(shù)據(jù)包括：（1）標準水聽器的自由場電壓靈敏度一級校準結果數(shù)據(jù)，即；（2）標準水聽器在不同頻率下開路輸出電壓數(shù)據(jù)，即；（3）加在被測發(fā)射器輸入端的電壓數(shù)據(jù)，即。根據(jù)水聲發(fā)射器發(fā)送電壓響應定義，有：（2.1）這里，是指聲場中距離發(fā)射器聲中心d米處的聲壓值。如果測量中將標準水聽器置于距離發(fā)射器等效聲中心d米處，則根據(jù)標準水聽器自由場電壓靈敏度定義，有：（2.2）因此將（2.2）式代入（2.1）式，有：（2.3）如果采用分貝表示，則被測水聲發(fā)射器發(fā)送電壓響應級為：（2.4）3、水聲換能器指向性圖測量實驗數(shù)據(jù)處理對所測數(shù)據(jù)進行規(guī)一化處理，公式為：（dB）（3.1）這里，是任意方向和最大方向水聽器的輸出電壓值。將歸一化的數(shù)據(jù)L繪制成圖。指向性圖可用極坐標形式,也可用直角坐標形式。由于指向性是頻率和空間的函數(shù),因此,所測指向性圖要指明頻率和定向平面。指向性響應通常用波束寬度及旁瓣級來描述。4、水聲換能器阻抗特性測量實驗數(shù)據(jù)處理水聲換能器阻抗特性測量采用阻抗分析儀測量，可由分析儀直接讀取相應數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)采用下列方法進行處理：在以頻率為橫坐標、電阻和電抗或電導和電納為縱坐標的直角坐標圖中,分別畫出電阻和電抗或電導和電納隨頻率變化的曲線。七、實驗報告要求寫明實驗名稱；列出實驗儀器名稱、型號；標明實驗場所示意圖，并標明環(huán)境條件；畫出實驗聲場布防圖及儀器連接框圖；簡述實驗原理；列出實驗記錄數(shù)據(jù)及最后處理結果數(shù)據(jù)表格；繪出水聽器自由場電壓靈敏度頻率響應曲線、水聲發(fā)射器發(fā)送電壓響應頻率特性曲線和水聲換能器指向性圖以及阻抗特性曲線；實驗誤差分析；實驗體會。實驗九氯丁橡膠硫化工藝實驗一、實驗目的：學習氯丁橡膠硫化工藝，了解膠漿的配方與調制方法。二、實驗內容：1、用氯丁混煉原膠配制膠漿。2、用氯丁混煉原膠硫化電纜。三、實驗儀器及材料：硫化成型機1臺電子天平1臺組合工具1套電纜硫化模具自制1套電纜及連接頭自制1套氯丁混煉原膠適量三氯甲烷適量列克納適量四、實驗步驟按下列配方配制涂于金屬部分和電纜部分的膠漿方：配方A（涂于金屬部分）氯化丁基膠……100三氯甲烷………300列克納…………130配方B（涂于電纜部分）氯丁混煉原膠……100三氯甲烷…………400列克納………………502、預熱硫化成型機及電纜硫化模具。3、用丙酮或酒精清洗需硫化部分的表面，金屬部分須預先進行處理。4、按硫化厚度制備氯丁混煉原膠片，用三氯甲烷對氯丁混煉原膠片進行清潔處理。5、計算用膠量，按硫化用量將氯丁混煉原膠片剪成與電纜硫化模具相仿的形狀。6．在金屬電纜連接頭部分均勻地涂抹膠漿A，涂抹2～3遍，晾干后備用。7．在電纜及連接頭部分均勻地涂抹膠漿B，涂抹2～3遍，晾干后備用。8.將氯丁混煉原膠片均勻地包繞在欲硫化件的表面，固定好電纜連接頭及電纜，合上模具。9.加壓將多余的膠擠壓出模具，直到模具完全閉合為止。10.按氯丁混煉原膠的硫化條件保溫一定的時間，具體條件由氯丁混煉原膠的生產廠家提供。11.打開模具，取出硫化好的電纜及電纜連接頭，檢查電纜的通路及絕緣情況，處理好模具備下次使用。實驗十超聲應用實驗實驗目的：1．學習超聲波清洗機的原理、物理機制、參數(shù)的選擇及其設備的基本組成；2．學習超聲馬達的工作原理、基本結構組成；3．學習超聲測深儀的工作原理、基本結構組成。實驗儀器：1．簡易超聲波清洗機自制1臺2．縱扭復合型超聲馬達自制1臺3．簡易超聲測深儀自制1臺實驗內容：介紹超聲波清洗機的工作原理，利用簡易超聲波清洗機清洗部件；講解超聲馬達的工作原理、基本結構組成，縱扭復合型超聲馬達的實際工作演示；3、介紹超聲測深儀的工作原理、基本結構組成，超聲測深儀實際工作演示。儀器工作原理：（一）.超聲波清洗機的原理1.1超聲波清洗及其特點超聲波清洗的應用范圍非常廣泛，主要應用于機械、電子、光學和醫(yī)藥工業(yè)，但其實際應用跨度很大，從大小鑄件到小手表，包括醫(yī)用玻璃器皿、外科器械、攝影透鏡、濾波器、電子印刷電路板、半導體器件、自動汽化器和熱交換器等等。通常的超聲波清洗裝置使用的是在20～80kHz頻率范圍的超聲。超聲清洗的特點是速度快、質量高、易于實現(xiàn)自動化。它特別適合用于表面形狀復雜的工件，對精密工件的空穴、狹縫、凹槽、微孔及暗洞等處，通常的洗刷方法是沒有什么效果的，利用超聲清洗可以達到良好的效果。超聲波清洗的另一個特點就是對質地較硬、聲反射強的材料，如金屬、玻璃、塑料等，其清洗效果較好而另一方面，對質地較軟、聲吸收較大的材料，如橡膠、布料等，清洗效果就要差點。1.2超聲清洗的物理機制超聲清洗的主要機制是超聲空化作用。超聲波清洗工作主要是由位于清件表面或附近的空化氣泡來完成的。瞬態(tài)空化氣泡閉合時所產生的沖擊波的強度能將污物層擊碎而將其剝落。超聲空化產生的原因：空化首先是從液體中強度薄弱的地方開始發(fā)生，這些地方由于熱度的不均勻或其它物理原因出現(xiàn)一些很小的蒸汽泡，或者那里本來有溶解在液體中的微氣泡，于是在聲波負壓的作用下，氣泡核膨脹而產生空化。使液體產生空化的最低聲壓或聲壓幅值稱為空化閾。空化閾隨不同液體而不同；空化閾還隨液體的靜壓力增加而增加；此外，空化閾還與液體的粘滯系數(shù)有關，液體的粘度越大，空化閾也高。同時，空化閾和聲波頻率也有密切的關系，頻率越高空化閾也越高。2.超聲清洗的參數(shù)選擇只要根據(jù)超聲清洗的原理和實際具體需要，就可以選擇一些具體的參數(shù)來達到最佳狀態(tài)，并取得最佳的清洗效果。2.1功率方面的選擇應該說，使用超聲清洗的主要參數(shù)就是功率，或更確切的說，是清洗池內被清洗件表面處的功率密度大小，它直接影響到超聲聲強大小。聲強大小又是直接影響空化效果的因素，所以在選擇超聲清洗機功率時應該特別注意。超聲清洗效果不一定完全與功率×清洗時間成正比。功率達到一定數(shù)值，則可以很快將污垢去處。如果功率過大，空化強度將大大增強，清洗效果提高了。但會使較精密的零件損壞，而且清洗缸底部振動處空化嚴重，很容易受水點腐蝕，減少超聲清洗機的壽命。太高的聲強會造成空化過多，形成聲波屏障，使聲波不容易傳播到整個液體空間。在遠離聲源的地方，聲波強度可能會減弱很快，不能形成有效的清洗。2.2頻率方面的選擇超聲清洗的頻率一般在20～100kHz之間，在使用水時，空化作用引起的物理清洗力對低頻有利，一般用15～30kHz的超聲波。對于表面復雜的零件則用高頻較好。對于小縫隙、間隙、深孔等表面形狀復雜的零件則用高頻較好。對鐘表零件清洗是用40kHz的頻率較好。2.3清洗液溫度的選擇水溶劑清洗液最適宜的溫度為40～60度，尤其是在天冷的時候若清洗液的溫度低會影響空化效果，進而引起清洗效果不好，因此大部分清洗機都以不同的方式加熱清洗液，并對液體溫度進行控制。當溫度繼續(xù)升高后，氣泡內氣壓增加，引起沖擊聲壓下降。各種不同的清洗液，空化強度隨溫度有一個最大值。2