ЖУРНАЛ «СТА» №1/2003

зависимость может быть представлена в следующем виде: С В = с 0 × (1 + T /273) 1/2 , где с 0 = 331,6 м/c (скорость распро- странения звука в воздухе при T = 0°C), а T — текущее значение температуры воздуха, представленное в градусах Цельсия. Относительное изменение скорости распространения звука, как следует из этой формулы, составляет примерно 0,17% на один градус. В табл. 1 пред- ставлена зависимость скорости рас- пространения звука в воздухе от темпе- ратуры. Скорость распростра- нения звука в воздушной среде существенно зави- сит и от давления возду- ха: c ростом давления она увеличивается, а макси- мальное значение отно- сительного изменения скорости звука во всём диапазоне колебания ат- мосферного давления на уровне моря составляет примерно 5%. На рис. 1 представлена зависимость скорости звука от температуры и давления воздуха. Кроме того, скорость звука зависит от состава воздуха, например от процентного содержания CO 2 в воздухе, и относи- 68 СТА 1/2003 www.cta.ru В ВЕДЕНИЕ Датчики информируют о состоянии внешней среды посредством взаимо- действия с ней и преобразования реак- ции на это взаимодействие в измери- тельные сигналы. Существует множе- ство явлений и эффектов, видов преоб- разования сигналов и параметров, ко- торые можно использовать для созда- ния датчиков. При классификации датчиков в ка- честве основного критерия использует- ся принцип их действия, который, в свою очередь, базируется на опреде- лённых физических или химических явлениях и свойствах. Так, основным принципом дейст- вия акустических систем является оп- ределение параметров звуковых (уль- тразвуковых и т.п.) колебаний. Ульт- развуковые колебания (УЗК) создают в воздухе, являющемся упругой сре- дой, движущиеся волны давления с диапазоном частот свыше 20 кГц; в иных средах ультразвуковые волны распространяются с другими частота- ми. Способность УЗК распростра- няться в различных средах используется в системах неразрушающего контро- ля, эхолотах, уровнемерах, ультразвуковых медицин- ских диагностических ус- тановках, датчиках при- ближения систем автома- тизации производствен- ных процессов и т.д. Р АСПРОСТРАНЕНИЕ ЗВУКА В ВОЗДУХЕ Звуковые колебания в от- личие от электромагнитных могут распространяться только в какойлибо упру- гой среде. В общем случае скорость распространения звука за- висит от изменений плот- ности упругой среды ( ρ) в пространстве и времени, давления ( P ) и температуры среды, а также от ло- кальных изменений скорости отдель- ных частиц упругой среды. Скорость распространения ультразвуковых волн в газовой среде ( С ) определяется следу- ющим выражением: C = ( k × P / ρ ) 1/2 = λ × f , где P обозначает давление газовой среды; ρ — плотность упругой среды; λ и f — соответственно длина волны и частота ультразвуковых колебаний; k — адиабатический коэффициент для газов. Для воздуха адиабатический коэф- фициент равен 1,4, а плотность имеет значение 1,29 кг/м 3 при давлении 1013 гПа. Так как плотность воздуха уменьша- ется с увеличением температуры, то и скорость распространения звука в воз- духе ( С В ) является зависимым от тем- пературы параметром. Для воздуха эта В ЗАПИСНУЮ КНИЖКУ ИНЖЕНЕРА Ультразвуковые датчики для систем управления Виктор Жданкин Ультразвуковые датчики фирмы Pepperl+Fuchs