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考虑轴向传热的单芯电缆线芯温度实时计算模型研究 被引量:22
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作者 刘刚 雷鸣 +3 位作者 阮班义 周凡 李应宏 刘毅刚 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第8期1877-1883,共7页
为了研究轴向传热对电缆线芯温度的影响,首先以单芯电缆的三维微元热路模型为基础,建立了考虑单芯电缆轴向与径向传热的三维热路模型,且根据该三维热路模型实现了单芯电缆线芯温度实时计算的理论推导。其次,通过不同敷设环境下分别加载... 为了研究轴向传热对电缆线芯温度的影响,首先以单芯电缆的三维微元热路模型为基础,建立了考虑单芯电缆轴向与径向传热的三维热路模型,且根据该三维热路模型实现了单芯电缆线芯温度实时计算的理论推导。其次,通过不同敷设环境下分别加载恒定与阶跃电流的实验,讨论了电流、电缆敷设环境与外界环境温度等因素对轴向、径向温度分布的影响。实验结果表明,电流是决定轴向温度梯度变化趋势的主要因素,空气中电缆的线芯温度上升速度最快,土壤中电缆次之,水中电缆最慢。最后通过有限元仿真工具,对比了空气中电缆中间接头三维有限元模型与二维有限元模型计算的线芯温度。研究结果表明,只考虑电缆径向传热的二维热路模型会造成线芯温度计算的误差,而考虑电缆轴向与径向传热的三维热路模型能够提高计算的精度。 展开更多
关键词 单芯电缆 轴向传热 三维热路模型 线芯温度 实时计算 有限元法
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110kV电缆中间接头载流能力计算与实验分析 被引量:26
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作者 刘刚 王振华 +2 位作者 徐涛 刘毅刚 王鹏宇 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期1670-1676,共7页
为了评估110 kV电压等级电缆中间接头的载流能力,采用热路法分析了中间接头与电缆本体的径向导热差异,及中间接头轴向传热的影响范围。基于理论分析,建立了有限长中间接头1/2轴切面几何模型,利用有限元仿真工具,迭代计算了中间接头载流... 为了评估110 kV电压等级电缆中间接头的载流能力,采用热路法分析了中间接头与电缆本体的径向导热差异,及中间接头轴向传热的影响范围。基于理论分析,建立了有限长中间接头1/2轴切面几何模型,利用有限元仿真工具,迭代计算了中间接头载流量。模拟空气敷设环境,进行了大电流温升实验,得到了中间接头局部温度分布规律。研究结果表明:中间接头径向温差大于电缆本体径向温差,对应中间接头径向热阻大于电缆本体径向热阻;中间接头轴向传热影响范围小,靠近中间接头的电缆本体导体温度轴向分布均匀;随着负荷增大,中间接头与电缆本体的导体温差增大;空气敷设环境下,考虑中间接头的110 kV电缆线路载流量降低145 A;采用有限长轴切面几何模型仿真计算中间接头导体温度,计算相对误差小于6%。该研究结果可以为电力调度及运行维护部门考量电缆中间接头对110 kV电缆线路载流量的限制作用提供参考。 展开更多
关键词 中间接头 110 k V电缆线路 载流能力 热路法 温升实验 轴切面几何模型
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基于等温松弛电流法和活化能法的110kV XLPE电缆老化状态评估 被引量:23
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作者 刘刚 金尚儿 +3 位作者 梁子鹏 黄嘉盛 刘斯亮 吴亮 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期2372-2381,共10页
为准确判断110 k V交联聚乙烯(XLPE)电缆的老化状况,引入了等温松弛电流(isothermal relaxation current,IRC)法和活化能(activation energy,AE)法,讨论了老化因子、活化能与电缆老化状态之间的关系。结果表明:老化后电缆老化因子比未... 为准确判断110 k V交联聚乙烯(XLPE)电缆的老化状况,引入了等温松弛电流(isothermal relaxation current,IRC)法和活化能(activation energy,AE)法,讨论了老化因子、活化能与电缆老化状态之间的关系。结果表明:老化后电缆老化因子比未老化电缆大0.348,活化能整体降低;运行25 a电缆的老化因子比运行14 a电缆的老化因子大0.327,活化能小15.05 k J/mol,剩余寿命小30.6 a;内部陷阱增多、加深和化学键的解裂是电缆老化的主要微观表现;不同厂家生产电缆的配料体系和生产工艺存在一定的差异,致使交联聚乙烯分子间的化学结构改变而改变电缆的活化能,但不影响电缆老化的评估方式。采用等温松弛电流法和活化能法从微观方面评估电缆老化状态具有准确性和有效性,评估结果与预期符合,从电气性能和化学性能为XLPE电缆老化状态评估提供了一种有效的方法,可指导电缆和电网的维修、规划工作。 展开更多
关键词 110 KV XLPE电缆 老化评估 逐级耐压 等温松弛电流 老化因子 活化能 老化机理
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基于电磁-热耦合模型的架空导线温度分布和径向温差的计算与实验验证 被引量:16
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作者 刘刚 李炀 +1 位作者 陈垣 董选昌 《电力系统保护与控制》 EI CSCD 北大核心 2018年第7期7-13,共7页
为了得到架空导线的径向温度场分布,以LGJ240/30 mm^2导线为例,建立了架空线径向截面电磁-温度耦合场控制方程,采用有限元分析软件,对导线截面电磁场分布以及温度分布进行迭代计算。基于计算结果,探究了电流密度分布以及径向温度分布的... 为了得到架空导线的径向温度场分布,以LGJ240/30 mm^2导线为例,建立了架空线径向截面电磁-温度耦合场控制方程,采用有限元分析软件,对导线截面电磁场分布以及温度分布进行迭代计算。基于计算结果,探究了电流密度分布以及径向温度分布的规律和成因。通过设计并搭建室内大电流实验平台,对仿真计算结果进行了验证。在自然对流情况下,导线钢芯温度、铝层温度以及铝层表面温度平均误差仅为1.72%。结合IEEE Std 738-2012自然对流下径向温差经验公式,比较了所建模型的准确度。对比结果表明:计算导线径向温差时,考虑集肤效应的热源分布以及空气间隙的热传导作用,计算结果误差较小。 展开更多
关键词 集肤效应 电流密度 温度分布 径向温差 实验验证
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电缆运行老化过程对其空间电荷行为的影响 被引量:15
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作者 谢月 刘刚 +2 位作者 李歆蔚 黄嘉盛 李立浧 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期1693-1699,共7页
高压电缆长期运行会使得绝缘层逐渐老化,在外加电场下内部空间电荷的行为也会发生很大变化。为研究此变化,基于脉冲电声(PEA)法测试了不同运行年限电缆绝缘层的空间电荷分布,探究了电缆运行老化对绝缘层空间电荷特性变化的影响。结果表... 高压电缆长期运行会使得绝缘层逐渐老化,在外加电场下内部空间电荷的行为也会发生很大变化。为研究此变化,基于脉冲电声(PEA)法测试了不同运行年限电缆绝缘层的空间电荷分布,探究了电缆运行老化对绝缘层空间电荷特性变化的影响。结果表明:在极化阶段,老化试样的电荷注入饱和所需时间更长,阳极内侧和试样内部均会积累负极性电荷;不同试样的电荷积累曲线差异较小,电荷注入饱和后的电荷量几乎无差异;在去极化阶段,老化试样的正极性电荷消散变慢,负极性电荷消散变快;老化越严重则初始电荷量越大,与极化阶段末端时刻电荷的比率也越大,电荷消散曲线反映出的陷阱能级也加深。分析可知,异极性电荷积累,去极化阶段初始时刻电荷跃变及陷阱最大能级深度,都很好地反映了不同运行年限电缆绝缘层空间电荷的差异。 展开更多
关键词 XLPE电缆 老化 PEA 空间电荷 极化 陷阱能级
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基于理、化、电特性的110kV XLPE绝缘电缆剩余寿命的综合评估 被引量:39
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作者 刘刚 刘斯亮 +1 位作者 金尚儿 黄嘉盛 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第12期72-79,107,共9页
为了准确判断110k V交联聚乙烯绝缘电缆的老化状况,并对电缆的剩余寿命进行评估,引入逐级耐压法、热老化法及活化能法,从宏观、微观两个方面入手分析了电缆在老化过程中理、化、电特性的变化规律。结果表明,电缆运行过程中,最高运行电... 为了准确判断110k V交联聚乙烯绝缘电缆的老化状况,并对电缆的剩余寿命进行评估,引入逐级耐压法、热老化法及活化能法,从宏观、微观两个方面入手分析了电缆在老化过程中理、化、电特性的变化规律。结果表明,电缆运行过程中,最高运行电压环境、负载加大以及温度升高会明显降低电缆的剩余寿命,降低量约为60%~70%;同时,交联聚乙烯材料的活化能表现出整体下降的趋势。综合各试验可评估1985年投入运行的日本住友电缆、1985年投入运行的日本古河电缆、1996年投入运行的日本住友电缆的剩余寿命分别约为10年、20年、20年~30年,评估结果与预期相符,根据电缆的多项老化指标进行寿命的综合评估具有准确性与可靠性,对线路改造与电网规划有重要的指导意义。 展开更多
关键词 110KV交联电缆 逐级耐压 热老化 活化能 寿命综合评估
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基于ANSYS的高压交流电缆接头载流量确定方法 被引量:12
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作者 刘刚 王鹏宇 +3 位作者 王振华 徐涛 刘毅刚 韩卓展 《华南理工大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期22-29,共8页
为了实现接头载流量的准确计算,提出了一种基于ANSYS的高压交流电缆接头载流量确定方法.该方法以绝缘长期耐受温度为限制条件,利用接头轴向二维有限元仿真模型计算载流量.仿真结果表明,当对流散热环境和负荷都相同时,相同导体截面的电... 为了实现接头载流量的准确计算,提出了一种基于ANSYS的高压交流电缆接头载流量确定方法.该方法以绝缘长期耐受温度为限制条件,利用接头轴向二维有限元仿真模型计算载流量.仿真结果表明,当对流散热环境和负荷都相同时,相同导体截面的电缆接头导体温度高于电缆本体的导体温度,接头的载流能力低于同导体截面电缆的载流能力.为验证仿真模型精度,设计了接头载流量实验平台,对不同负荷下110 k V电缆接头稳态温度分布进行了实测.仿真与实验结果的对比表明,当接头导体温度超过绝缘长期耐受温度时,应用接头轴向二维有限元仿真模型计算压接管处导体温度的误差不超过1.0%,仿真计算的准确度能够满足工程应用的需求.最后,采用二分法算得110 k V 630 mm^2电缆接头载流量为1220A,比相同导体截面电缆本体在相同环境条件下的载流量减少了17.79%.研究结果表明:采用接头轴向二维有限元仿真模型计算载流量是可行的. 展开更多
关键词 高压电缆接头 载流量 二维有限元仿真 轴向传热 稳态实验
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基于电特性的110 kV交联聚乙烯电缆剩余寿命评估 被引量:19
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作者 刘刚 吴亮 +1 位作者 金尚儿 黄嘉盛 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第8期2718-2723,共6页
充分认识交联聚乙烯(XLPE)电缆的绝缘特性,及时有效地发现和预防绝缘中存在的某些缺陷,对保障设备乃至系统的安全运行具有十分重要的意义。为此,利用逐级耐压法和等温松弛电流法对110 kV XLPE电缆进行了剩余寿命评估。在90℃恒温下,采... 充分认识交联聚乙烯(XLPE)电缆的绝缘特性,及时有效地发现和预防绝缘中存在的某些缺陷,对保障设备乃至系统的安全运行具有十分重要的意义。为此,利用逐级耐压法和等温松弛电流法对110 kV XLPE电缆进行了剩余寿命评估。在90℃恒温下,采用逐级耐压法进行了击穿试验,对不同电缆样品施加了相同升压参数,得到了电缆样品的击穿时间,结合等温松弛电流法得到的老化因子判断了电缆样品老化状况并估计了电缆样品的剩余寿命。结果表明:1985年和1987年投入运行的电缆处于严重劣化状态,剩余寿命约为10 a;1996年投入运行的电缆处于非常好的状态,剩余寿命约为30 a;以等温松弛电流法试验得到的结果作为趋势性的判断;以逐级耐压法试验得到的结果作为具体的判断。由此可得结论:利用电缆的电特性,能较合理地估计电缆剩余寿命,指导电缆的维修或更换工作,为交联电缆的老化评估和寿命估计提供较为有效的方法。 展开更多
关键词 110kV XLPE电缆 逐级耐压法 等温松弛电流法 剩余寿命评估 老化因子
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基于IRC和逐级耐压法的110kV XLPE电缆剩余寿命评估 被引量:6
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作者 刘刚 金尚儿 +3 位作者 赵璐 吴亮 梁子鹏 黄嘉盛 《华南理工大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第12期41-47,共7页
在运行20多年的电缆上截取长、短试样,分别进行等温松弛电流法试验,再利用电热老化前后的长样进行等温松弛电流法试验.结果显示长样由于带有电缆接头而体现出老化因子大的特点,表明电缆接头是电缆的薄弱环节,接头更容易受到电热作... 在运行20多年的电缆上截取长、短试样,分别进行等温松弛电流法试验,再利用电热老化前后的长样进行等温松弛电流法试验.结果显示长样由于带有电缆接头而体现出老化因子大的特点,表明电缆接头是电缆的薄弱环节,接头更容易受到电热作用而发生老化;经电热老化后的长样因内部缺陷增加而使老化因子增大,说明电热处理会加重电缆老化程度;通过逐级耐压法对电缆试样进行试验,结果表明试样的剩余寿命在10~20年的范围内,和设计时的预期寿命一致.基于等温松弛电流法的试验结果对XLPE电缆进行老化状况评估,通过耐压法试验结果给出其具体的剩余寿命,两者相辅助结合可以进行比较全面的判断. 展开更多
关键词 110k交联聚乙烯电缆 等温松弛电流法 逐级耐压法 局部放电试验 剩余寿命
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XLPE电缆老化状况对绝缘层微观结构的影响 被引量:8
10
作者 刘刚 吴亮 +1 位作者 金尚儿 黄嘉盛 《华南理工大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期53-59,共7页
对两条退役110 kV XLPE电缆和一条备用电缆进行试验,利用电声脉冲法(PEA)和X射线衍射技术(XRD)研究了老化状况对XLPE电缆绝缘层微观结构的影响.结果表明:电缆的老化会造成绝缘晶体尺寸减小,结晶度降低,因此其捕获空间电荷的能力增强;老... 对两条退役110 kV XLPE电缆和一条备用电缆进行试验,利用电声脉冲法(PEA)和X射线衍射技术(XRD)研究了老化状况对XLPE电缆绝缘层微观结构的影响.结果表明:电缆的老化会造成绝缘晶体尺寸减小,结晶度降低,因此其捕获空间电荷的能力增强;老化过程始于电缆最外层,而长时间的老化作用对绝缘中间层的影响更大,中间层可能是击穿的薄弱环节;XLPE电缆绝缘老化使绝缘微观结构从"中间高两端低"转变为"均匀化". 展开更多
关键词 110 KV XLPE电缆 电声脉冲法 X射线衍射 晶体 空间电荷
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悬浮导体与高压导线间的放电规律实验分析 被引量:2
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作者 吴志坤 朱宁西 +1 位作者 刘刚 董选昌 《广东电力》 2017年第10期17-22,共6页
为了分析无人机巡线或特殊机器人作业时与线路之间发生放电产生的电磁干扰,研究高压导线与悬浮导体之间的放电规律尤为重要。采用高速摄像机设备进行放电实验的拍摄,利用MATLAB进行图片的灰度值筛选,转化为放电间隔时间后分析数据。分... 为了分析无人机巡线或特殊机器人作业时与线路之间发生放电产生的电磁干扰,研究高压导线与悬浮导体之间的放电规律尤为重要。采用高速摄像机设备进行放电实验的拍摄,利用MATLAB进行图片的灰度值筛选,转化为放电间隔时间后分析数据。分别进行了导线加载不同临界放电电压倍数、改变临界放电电压值、加载风速的放电拍摄实验。得到结果为:放电频率与临界放电电压值无关,随着导线上电压与临界放电电压值比值的增加而相应增大,加载风速会降低放电频率。 展开更多
关键词 悬浮导体 放电规律 高速摄像机 灰度值筛选 间隔时间
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10kV XLPE电缆击穿振动在砂土中的传播规律 被引量:2
12
作者 刘刚 金尚儿 黄嘉盛 《华南理工大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第8期34-38,63,共6页
通过模型试验研究了直埋式10 k V XLPE电缆击穿振动在砂土中的传播衰减特性,分别用指数衰减、负乘幂衰减公式对试验数据进行拟合,并验证公式的合理性.结果表明:指数衰减、负乘幂衰减公式均可用于描述电缆击穿振动在砂土中的传播衰减特性... 通过模型试验研究了直埋式10 k V XLPE电缆击穿振动在砂土中的传播衰减特性,分别用指数衰减、负乘幂衰减公式对试验数据进行拟合,并验证公式的合理性.结果表明:指数衰减、负乘幂衰减公式均可用于描述电缆击穿振动在砂土中的传播衰减特性,相关系数均在0.97以上;振动波在近处衰减快,远处衰减慢;砂土的指数衰减系数为0.0704、乘幂衰减系数为1.3494. 展开更多
关键词 电缆击穿振动 衰减特性 模型试验 衰减系数
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玻璃钢保护壳对电缆接头热场影响的实验分析 被引量:10
13
作者 徐研 王鹏宇 +3 位作者 刘毅刚 郭珊珊 王振华 刘刚 《广东电力》 2016年第9期78-83,共6页
加载电流达到稳态时,高压电缆中间接头沿导体轴向方向存在温度梯度,是否安装玻璃钢保护壳对接头轴向温度分布存在一定影响。为此,分析玻璃钢保护壳的引入对电缆中间接头导体轴向温度分布的影响,设计了一套高压电缆大电流温升实验系统,... 加载电流达到稳态时,高压电缆中间接头沿导体轴向方向存在温度梯度,是否安装玻璃钢保护壳对接头轴向温度分布存在一定影响。为此,分析玻璃钢保护壳的引入对电缆中间接头导体轴向温度分布的影响,设计了一套高压电缆大电流温升实验系统,完成了630 mm2电缆接头在有玻璃钢保护壳和无玻璃钢保护壳加载稳态电流的实验。实验结果表明,引入玻璃钢保护壳使电缆接头轴向及径向温差增大,接头对本体的影响范围也增大。 展开更多
关键词 电缆接头 玻璃钢保护壳 大电流实验系统 轴向温度 径向温度
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高压电缆暂态热路中绝缘层最佳分层数的确定方法 被引量:11
14
作者 韩卓展 刘刚 +2 位作者 王鹏宇 徐涛 刘毅刚 《广东电力》 2017年第10期28-34,共7页
为提高电缆载流量的计算精度,针对性地研究影响电缆传热的重要部分——绝缘层,给出确定暂态热路中绝缘层最佳分层数的方法。首先,从理论上分析集中参数模型给计算带来的误差,提出减小误差的方法——绝缘分层。然后构建绝缘层按等厚度分... 为提高电缆载流量的计算精度,针对性地研究影响电缆传热的重要部分——绝缘层,给出确定暂态热路中绝缘层最佳分层数的方法。首先,从理论上分析集中参数模型给计算带来的误差,提出减小误差的方法——绝缘分层。然后构建绝缘层按等厚度分层的暂态热路模型并确定其参数,通过MATLAB程序实现绝缘任意分层数下导体温度的计算,并与实测导体温度进行对比分析,计算不同分层数下的相对误差以及相对误差随分层数的变化率。最后,根据实际应用的需要,给出一个相对误差变化率设定值,随着分层数的增加,当相对误差变化率刚好小于设定值时,此时的分层数即为需要的最佳分层数。以YJLW03 64/110 kV电力电缆为例对该方法进行了验证,在相对误差变化率设定值取0.01时,绝缘分层取15层为最佳。 展开更多
关键词 电力电缆 电缆载流量 暂态热路模型 绝缘层 最佳分层数 优化模型
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基于历史测量数据的高压电缆导体温度预测 被引量:5
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作者 徐涛 许志锋 +3 位作者 徐研 王鹏宇 刘毅刚 刘刚 《广东电力》 2019年第4期98-105,共8页
为了给高压电缆动态增容的实现提供理论支持,提出一种基于历史测量数据的高压电缆导体温度预测算法。在传热学理论的基础上,构建高压电缆导体温度预测计算热路模型,并基于历史实测数据实现对热路模型中环境等效热参数的计算。为验证预... 为了给高压电缆动态增容的实现提供理论支持,提出一种基于历史测量数据的高压电缆导体温度预测算法。在传热学理论的基础上,构建高压电缆导体温度预测计算热路模型,并基于历史实测数据实现对热路模型中环境等效热参数的计算。为验证预测算法的精确度,设计高压电缆的暂态温升实验。预测算法计算结果和实验结果对比表明,在电缆的温升过程中,预测算法的计算误差呈现先增长后下降的变化趋势,计算误差最大值不超过4.2℃,且在导体温度接近稳态时,预测算法计算结果和实测结果相差小于1.1℃,两者吻合很好。研究表明:相比于基于IEC推荐的电缆暂态热路模型的高压电缆导体温度预测算法,基于历史测量数据的高压电缆导体温度预测算法具有更高的预测精度。 展开更多
关键词 高压电缆 导体温度 预测算法 历史测量数据 环境等效热参数 计算步长
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脉冲回波对比法非介入测量液体声阻抗的灵敏度 被引量:1
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作者 祁宏昌 梁双龙 莫润阳 《南京大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2017年第1期122-127,共6页
基于声波在异质界面声压反射系数对界面两侧介质特性声阻抗变化的敏感性,将回波高度随待测液体阻抗变化的函数作为系统的灵敏度,通过构建新的数学方法并通过设计实验快速实现对二甲基硅油的特性声阻抗的非介入测试.实验时以钢板做反射基... 基于声波在异质界面声压反射系数对界面两侧介质特性声阻抗变化的敏感性,将回波高度随待测液体阻抗变化的函数作为系统的灵敏度,通过构建新的数学方法并通过设计实验快速实现对二甲基硅油的特性声阻抗的非介入测试.实验时以钢板做反射基板,用钢/水界面对检测系统进行标定,分别测试超声波在钢板与水、钢板与待测液体界面的多次反射回波幅度,并通过回波幅度比对方法获得待测液体介质的特性声阻抗值.结果显示,在容器壁与其内液体介质构成的固/液界面上的第一次界面反射回波较其它高次回波具有最高的灵敏度;新方法提供了液体特性声阻抗的直接信息;器壁材料一定时,其厚度对检测结果有一定影响. 展开更多
关键词 特性声阻抗 脉冲回波对比 非介入 硅油
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