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846 2018 年 11 月

浓度、粒径的浆料中研究温度变化与超声衰减的关 4.2 浓度、粒径对声衰减的影响
系；考虑温度影响并加入修正系数后，分别改变物料 利用 OLYMPUS CX21 生物显微镜与丹东百
浓度和粒径，研究二者对超声衰减的影响。 特BT-9300ST型激光粒度分布仪(测量原理为米氏
图 4 为超声测量信号界面，左侧细线为始波信 散射理论) 测试，两种方法均采用多次重复测量取
号，右侧为有效信号。图 5 为有效信号的局部放大， 平均值。不同标称粒径石英砂颗粒样品的中位径由
即有效信号中选取 600 个数据点的波形，读取其最 表 1 给出，测得不同样品粒径相对偏差最小为 4%，
大值为测量幅值。 最大值不大于 12%，表明各个粒径的颗粒分布较为
合理，与标称粒径基本一致，可以较为准确地表示所
4 实验结果分析 属粒径，为后续实验提供更加准确的数据。

4.1 温度对声衰减的影响
表 1 石英砂颗粒测试结果对比
作为重要的实验参数，温度对超声衰减的影响 Table 1 Comparison of quartz sand ex-
需要加以考虑，实验选取了水和体积百分浓度为 perimental results
10% 的石英砂浆料 (粒径约为 18 µm、74 µm) 研究
温度对声衰减的影响，逐步改变水浴的温度，保持物 颗粒标称粒径/µm 6.5 10 18 25 74
料浓度、粒径不变，研究温度变化对超声衰减的影 激光粒度仪/µm 5.92 10.09 19.46 24.18 72.46
响，测量结果如图6所示。 生物显微镜/µm 6.26 11.02 17.23 25.87 75.36

0.30 偏差/% 5.74 9.22 11.46 6.99 4.00
18 mm ඵ
74 mm
0.25
分别对体积百分浓度小于25%，粒径为6.5 µm、
ᛰѓϙ/(dBScm -1 ) 0.15 测试，分析实验数据可以得到图 7 中浆料浓度与超
10 µm、18 µm、25 µm 和 74 µm 的石英砂浆料进行
0.20
声衰减值的关系曲线。体积百分浓度相同时，随着
0.10
0.05 颗粒粒径的减小，声衰减逐渐增加：相同浓度的情况
下，粒径减小，颗粒数增多，散射更加混乱无序，超
0 声波透射量减少；颗粒粒径相同时，体积百分浓度增
0 20 40 60 80 100
ພए/Ć 加，声衰减同样增加：单位体积内的颗粒数增加导致
超声波的散射加强，透射更加困难，换能器接收到的
图 6 温度与声衰减关系曲线
声压减弱。
Fig. 6 Curves between temperature and ultra-
sonic attenuation 1.8
6.5 µm
1.6
图 6 中，石英砂浆料和水中声衰减对应温度的 1.4 10 µm
18 µm
ᛰѓϙ/(dBScm -1 )
变化趋势基本一致，可以用二次函数来拟合水中声 1.2 25 µm
74 µm
衰减和温度间的关系，即 1.0
2
α = 0.000006T + 0.0002T + 0.0034, (3) 0.8
0.6
0.4
◦
式 (3) 中，T 表示温度，α 表示声衰减值。20 C∼
0.2
90 C最大衰减差值为 0.0221 dB/cm，20 C∼50 C
◦
◦
◦
0
间衰减速率较为缓慢，50 C∼90 C 间衰减速率略 0 5 10 15 20 25 30
◦
◦
ʹሥᄈѬไए/%
有提升，表明随着温度的逐渐升高，声衰减值逐渐增
加，原因是温度升高导致分子的无规则运动加剧，声 图 7 石英砂浓度与声衰减关系曲线
散射增强，而声透射减弱，因此高温对超声衰减的影 Fig. 7 Related curves between quartz sand con-
响较低温更加显著。 centration and ultrasonic attenuation