中华人民共和国国家计量技术规范
JJF2335—2025
超声清洗水槽和超声反应器空化噪声
测试规范
TestingSpecificationofCavitationNoiseinUltrasonicBathsand
UltrasonicReactors
(IECTS63001:2019,NEQ)
2025-11-05发布2026-05-05实施
国家市场监督管理总局 发布
归口单位:全国声学计量技术委员会
主要起草单位:南京大学
参加起草单位:中国计量科学研究院
中国船舶重工集团公司第七一五研究所
本规范委托全国声学计量技术委员会负责解释
JJF2335—2025
本规范主要起草人:
屠 娟(南京大学)
章 东(南京大学)
杨 平(中国计量科学研究院)
参加起草人:
薛洪惠(南京大学)
许 欢(中国计量科学研究院)
邢广振(中国计量科学研究院)
陈 毅(中国船舶重工集团公司第七一五研究所)
JJF2335—2025
目 录
引言……………………………………………………………………………………… (Ⅱ)
1 范围…………………………………………………………………………………… (1)
2 引用文件……………………………………………………………………………… (1)
3 术语和计量单位……………………………………………………………………… (1)
4 概述…………………………………………………………………………………… (2)
5 计量特性……………………………………………………………………………… (3)
5.1 工作频率…………………………………………………………………………… (3)
5.2 空化噪声级………………………………………………………………………… (3)
5.3 直接声场声压……………………………………………………………………… (3)
5.4 稳态空化声压分量………………………………………………………………… (3)
5.5 瞬态空化声压分量………………………………………………………………… (3)
6 测试条件……………………………………………………………………………… (3)
6.1 环境及实验媒质条件……………………………………………………………… (3)
6.2 测试标准及其他设备……………………………………………………………… (3)
7 测试项目和测试方法………………………………………………………………… (4)
7.1 测试项目…………………………………………………………………………… (4)
7.2 测试方法…………………………………………………………………………… (4)
8 测试结果表达………………………………………………………………………… (8)
8.1 测试数据处理……………………………………………………………………… (8)
8.2 测试证书…………………………………………………………………………… (9)
8.3 测试结果的测量不确定度………………………………………………………… (9)
9 复测时间间隔………………………………………………………………………… (9)
附录A 测试证书的内页格式………………………………………………………… (10)
附录B 空化噪声级测量不确定度的评定示例……………………………………… (12)
Ⅰ
JJF2335—2025
引 言
本规范参照JJF1071—2010 《国家计量校准规范编写规则》进行编制。
本规范参照了IECTS63001:2019 《超声水槽及超声反应器中空化噪声的测量》
(MeasurementofCavitationNoiseinUltrasonicBathsandUltrasonicReactors)中工作
频率、空化噪声级、直接声场声压、稳态空化声压分量和瞬态空化声压分量等性能参数
要求及其测试方法。
本规范依据JJF1059.1—2012 《测量不确定度评定与表示》给出了空化噪声级测量
不确定度的评定示例。
本规范为首次发布。
Ⅱ
JJF2335—2025
超声清洗水槽和超声反应器空化噪声
测试规范
1 范围
本规范适用于20kHz~150kHz工作频率范围内使用的超声清洗水槽和超声反应
器中空化噪声的测试。
2 引用文件
本规范引用下列文件:
JJF1001—2011 通用计量术语及定义
JJF1034—2020 声学计量术语及定义
JJF1059.1—2012 测量不确定度评定与表示
GB/T2900.88—2011 电工术语 超声学
GB/T3102.7—1993 声学的量和单位
GB/T3947—1996 声学名词术语
IECTS63001:2019 超声水槽及超声反应器中空化噪声的测量(Measurementof
CavitationNoiseinUltrasonicBathsandUltrasonicReactors)
凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文
件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。
3 术语和计量单位
JJF1001—2011、JJF1034—2020、GB/T3947—1996、GB/T2900.88—2011 和
IECTS63001:2019中界定的术语和定义适用于本规范。
本规范采用GB/T3102.7—1993中规定的量和单位。
3.1 空化 cavitation
液体中由于某种原因(例如强声波的作用)形成局部气体或蒸汽空穴及其成长与破
灭的现象。
3.2 瞬态空化 transientcavitation
又称为惯性空化 inertialcavitation
液体中的气泡在外加声场作用下突然崩溃,产生冲击声波的现象。
3.3 稳态空化 stablecavitation
液体中气泡的大小或形状在多个驱动声周期内随着持续施加的外部声场而产生振荡
的现象。
3.4 工作频率 operatingfrequency
超声波发生器的中心驱动频率。用符号f0表示,单位为赫兹(Hz)。
3.5 [水听器或水听器组件的]电缆末端负载灵敏度endofcableloadedsensitivity [of
1
JJF2335—2025
ahydrophoneorhydrophone-assembly]
在水听器或水听器组件的任何一体化电缆的末端或输出连接器处,连接有指定的电
负载阻抗时,其瞬时电压与水听器移去时,水听器参考中心位置处未受干扰的平面波自
由场瞬时声压之比。
注:
1 单位为伏[特]每帕[斯卡](V/Pa)。
2 灵敏度通常表达成一个复数值,但在本规范中仅考虑傅里叶变换的模。
3.6 相对空化测量 relativecavitationmeasurement
在两个不同的清洗环境或一个清洗环境中的不同位置之间进行比较而进行的测量,
假定水听器的电缆末端有载灵敏度在两种情况下都相同。
3.7 直接声场声压 directfieldacousticpressure
声压幅值的均方根(RMS),直接由设备中运行在工作频率下的超声驱动信号激励
产生。用符号P0表示,单位为帕[斯卡](Pa)。
3.8 声压谱 spectralacousticpressure
水听器电压除以电缆末端负载灵敏度后的快速傅里叶变换P(f)。
3.9 平均功率谱 averagedpowerspectrum
多次测量的平均瞬时声压的功P2(f)率谱。单位为Pa2。
3.10 空化噪声级 cavitationnoiselevel
以超声工作频率f0为基准,在2.25f0频率分量处针对空化噪声计算的声级数。通
常通过计算中心频率为fc=2.25f0,带宽为Bf=0.2f0的频率范围内的声压谱平均值
得到。
注:
1 空化噪声级符号为LCN。单位为分贝(dB)。
2 参考值为1μPa。
3.11 稳态空化声压分量 acousticpressurecomponentofstablecavitation
稳态空化产生的声压分量的有效值。用符号Ps表示,单位为帕[斯卡](Pa)。
3.12 瞬态空化声压分量acousticpressurecomponentoftransientcavitation
瞬态空化产生的声压分量的有效值。用符号Pt表示,单位为帕[斯卡](Pa)。
4 概述
超声清洗水槽和超声反应器都是一种超声空化装置,可适用于生活、工业、科学及
医疗等不同应用场景。此类超声空化装置主要包括超声水槽、超声换能器(通常分为集
成式与探头式两种形式)以及超声信号发生器(通常由信号源和功率放大器构成)等部
件。部分装置包含温度控制单元,可改变液体媒质的温度。
在实际应用中,可根据清洗物或反应物的不同,选择不同形式及输出功率的超声空
化装置。装置中发生的超声空化效应一般分为两类:瞬态空化和稳态空化。瞬态空化
(或称为惯性空化)由快速坍塌的气泡运动产生,而稳态空化则由超声刺激下气泡的持
续性振动产生。瞬态和稳态空化都能在液体中产生显著的局域化声流效应,由此增强清
2
JJF2335—2025
洗或超声反应的效果,但由瞬态空化额外引发的局域性冲击波,在增强清洗或超声反应
效果的同时也可能损坏被处理部件。因此,为保障此类空化装置的应用有效性和安全
性,需对其在应用过程中产生的空化声压分量进行测量。
上述两种类型的空化活动均产生可由水听器接收并测量的声信号,本测试规范描述
了可用于测量和评估超声清洗水槽和超声反应器中空化噪声的方法,其特性参数一般可
通过水听器扫描声场获得。
5 计量特性
5.1 工作频率
超声波发生器的中心驱动频率,为测量信号声压谱中最大峰值声压的对应频率。
5.2 空化噪声级
2.25f0频率处的空化噪声声压级。
5.3 直接声场声压
超声清洗水槽或超声反应器在工作条件下产生的直接声场辐射的平均声压。
5.4 稳态空化声压分量
在0.5f0的整数倍谐波附近的声压。
5.5 瞬态空化声压分量
声场中除直接声场和稳态空化以外的声压。
6 测试条件
6.1 环境及实验媒质条件
环境条件及实验媒质条件要求如下:
a)环境温度:10℃~40℃;
b)相对湿度:30%~90%;
c)液体媒质温度:10℃~80℃;
d)液体媒质含氧量:≤4×10-6。
6.2 测试标准及其他设备
6.2.1 水听器(含前置放大器与电缆)
工作频率范围覆盖0.5f~5f (f 为设备标称的工作频率),最大承受声压均方根值
不低于600kPa,工作频率范围内灵敏度波动不超过±3dB。水听器组的连接电缆的长
度(以米为单位)应远小于50/(f0 +BW20),其中f0 是水听器工作频率(单位为
MHz),BW20是水听器灵敏度频率响应的-20dB带宽(单位为MHz)。
6.2.2 数字示波器
采样率不低于10MHz,位深度不低于12位,通道数不小于2通道,具备时间延
迟测量,时间分辨力应不超过0.1μs,幅度测量范围不小于±10V,幅度测量最大允许
误差应不超过±3%,采样点存储数量不少于8192点。
注:也可采用具备同样采集存储功能的数据采集卡。
6.2.3 多自由度调节装置
3
JJF2335—2025
具备至少3个自由度的调节能力,包括X 、Y、Z 的空间定位,以及调节水平偏转
和垂直俯仰功能,其中X 、Y、Z 的空间定位精度应不超过0.1mm。
6.2.4 温度计
测量范围覆盖10℃~85℃,分辨力应不超过0.2℃。
6.2.5 溶解氧测量仪
测量范围覆盖0.1×10-6~10×10-6,分辨力应不超过0.1×10-6。
7 测试项目和测试方法
7.1 测试项目
超声清洗水槽和超声反应器测试项目见表1。
表1 超声清洗水槽和超声反应器测试项目一览表
序号项目名称计量特性条款号测试方法条款号
1 工作频率5.1 7.2.3
2 空化噪声级5.2 7.2.4
3 直接声场声压5.3 7.2.5
4 稳态空化声压分量5.4 7.2.6
5 瞬态空化声压分量5.5 7.2.7
7.2 测试方法
7.2.1 测试前准备
测试前准备步骤如下:
a)超声清洗水槽或超声反应器应具有清晰耐久的标志,包括制造商名称、型号和
序列号等。不应有影响性能的机械损伤,不应出现操作失灵等现象。
b)用无腐蚀作用的洗涤剂擦洗测量水听器,并洗净被测超声清洗槽。洗净后加入
超声清洗媒质,清洗媒质应满足6.1中c)、d)的要求。
c)按安装要求将测量水听器固定于多自由度调节装置上,并控制调节装置,将水
听器缓慢放入清洗媒质中。水听器的声中心距离水面至少1/4波长,距离容器壁至少
1/2波长。若清洗水槽或反应器的内部空间无法满足水听器与水面或容器壁的距离要
求,则终止此次测试。
d)测量前应进行恰当的检查,以确保电干扰不会明显影响测量结果。先将水听器
置于空气中,再放入容器内的清洗媒质中,若后者相对于前者有更显著的水听器接收信
号,则表示存在明显的电干扰。也可以将水听器置入容器中后,利用吸声材料包裹住水
听器的声接收部位,使其不再能有效接收任何声信号,但吸声材料应留出空隙,确保水
听器周围的液体与容器中的液体贯通,若此时仍有显著的水听器接收信号,则表示存在
明显的电干扰。
e)测试前应检查待测的液体环境,以确保其预期的温度范围和化学性质与水听器
的规格兼容。将溶解氧测量仪放入液体中,确保敏感部分完全浸入液体中,待读数稳定
4
JJF2335—2025
后判断当前液体中的溶解氧含量是否小于4×10-6,当不符合时应进行除气处理。
f)按要求连接各仪器设备、水听器及超声清洗装置。
g)开启所有测试用仪器设备,并预热15min。
h)选择合适的水听器测量点位与扫描测量路径,扫描测量清洗槽中声场。
7.2.2 测试步骤
测试装置如图1所示,其中虚线框内为待测试的超声空化装置(以超声清洗水槽为
例),测量步骤如下:
a)按照7.2.1进行测量前的准备;
b)在无驱动超声的条件下,用水听器采集超声清洗槽内的噪声,记录环境噪声
unoise(t);
c)开启超声清洗装置,使其正常工作。若超声清洗装置功率可调,将其调至最小
功率挡位;
d)由多自由度调节装置带动水听器按预设的扫描路径缓慢通过超声清洗槽内的声
场,运动速度不应超过10mm/s。在移动水听器的过程中,应始终满足水听器的敏感
原件离水面大于1/4波长,离容器壁大于1/2波长,相邻的数据采集位置间距应小于
1/2波长,并记录各采样点的位置信息。使用信号采集设备记录水听器接收信号u(t),
同时监视并记录超声清洗装置的输出功率及水温等环境相关数据,溶解氧含量应小于
4×10-6,当不符合时应进行除气处理;
e)若超声清洗装置功率可调,逐个挡位调大其输出功率,重复步骤d),对不同输
出功率条件下的设备空化信号进行测量;
f)按照7.2.3~7.2.7给出的计算方法,分别计算工作频率、瞬态空化噪声级、直
接声场声压、稳态空化声压分量和瞬态空化声压分量。
图1 测试装置示意图
5
JJF2335—2025
7.2.3 工作频率
假设在该有效表面积上的压力场的空间变化可忽略不计,则可以将水听器假定为点
接收器,且可以通过公式(1)描述声场压力:
P(f)=U(f)/M L(f) (1)
式中:
P(f) ———经过傅里叶变换后的声压P(t),Pa;
U(f) ———经过傅里叶变换后的水听器输出电压u(t),V;
M L(f)———水听器电缆末端负载灵敏度,V/Pa。
由于噪声谱幅度幅波动强烈,且信号u(t)可能经过调制,应对频谱做多次测量后
取其平均结果。实际应用中将计算多次(如Nav次)FFT后将其平均结果作为空化噪声
的平均功率谱。为了有效利用采集数据,可采用重叠率为50%,窗长为Ncap的Hann
窗截取分析信号。因此,每次计算FFT时,采样缓冲区将被移位tcap/2。分析信号总时
长(tav)应接近电源工作频率对应周期的整数倍(如电源工作频率为50Hz时,则分
析信号时长应为20ms的整数倍),并可由公式(2)求得:
tav=(Nav+1)×tcap/2 (2)
式中:
tav ———分析信号时长,s;
tcap ———采样时长,s;
Nav———单个测试点重复采集并进行平均的波形信号数目。
对m
(tm )———窗函数截取的各段水听器接收信号电压,V;unoise(tm )———窗函数截取的各
段环境噪声信号电压,V],通过公式(3)计算水听器的去噪电压谱U'(fm ):
U'(fm )= U(fm )2- Unoise(fm )2 (3)
式中:
m ———分析信号采样点;
U(fm ) ———窗函数截取的各段水听器接收信号电压谱,V;
Unoise(fm )———窗函数截取的各段环境噪声信号电压谱,V;
U'(fm ) ———窗函数截取的各段水听器去噪电压谱,V。
U'(fm )代入式(1)计算得到声压谱。考虑到噪声功率,基于窗长Ncap对P (fm )
的平方取平均,由此得到平均功率谱(如图2所示):
P(fm )= 1 NavΣNav
1
P2(fm )
N2
cap
(4)
在m
6
JJF2335—2025
图2 声压谱P(fm )示意图
7.2.4 空化噪声级
设置中心频率为fc=2.25f0,下限频率为fl=2.15f0,上限频率为fh=2.35f0,
带宽为Bf=(2.35-2.15)×f0= 0.2f0的带通滤波器,由该范围内的声压谱平均值
Pn,通过公式(5)计算瞬态空化噪声级LCN:
LCN=10lg P2
n
P2 ref (5)
式中:
LCN———瞬态空化噪声级,dB;
Pn ———中心频率为fc,带宽为Bf范围内的声压谱平均值,Pa;
Pref———基准声压,μPa (水中基准声压参考值为1μPa);
fc ———带通滤波器中心频率,kHz;
Bf ———带通滤波器带宽,kHz。
7.2.5 直接声场声压
对f0附近的谱峰进行数值拟合,生成一个单峰函数g0(f),通过公式(6)计算直
接声场声压
P0 =
2Σ
Ncap
2
k=1
g0(fk)2
Ncap (6)
式中:
P0 ———直接声场声压均方根(RMS)值,Pa;
Ncap ———单次采样的总点数;
g0(fk)———P(fm )在f0基波附近谱峰的数值拟合,Pa。
7
JJF2335—2025
7.2.6 稳态空化声压分量
可通过公式(7)计算去基波分量的声压谱h(fm ):
h(fm )=P(fm )-g0(fm ) (7)
式中:
h(fm )———去基波分量的声压谱,Pa;
P(fm )———平均声压谱,Pa;
g0(fm )———P(fm )在f0附近谱峰的数值拟合,Pa;
可通过公式(8)计算稳态空化声压分量Ps:
Ps=
2Σ
Ncap
2
k=1
gs(fk)2
Ncap (8)
式中:
Ps ———稳态空化声压分量,Pa;
Ncap ———采样缓存区尺寸(即一次采样的总点数);
gs(fk)———h(fm )在除基波之外的n2
f0附近谱峰的数值拟合(即n=1,3,4,5
…),Pa;
fk ———FFT变换中各频率点,kHz。
7.2.7 瞬态空化声压分量
可通过公式(9)计算瞬态空化声压分量Pt:
Pt=
2Σ
Ncap
2
k=1
h(fk)-gs(fk)2
Ncap (9)
式中:
Pt ———瞬态空化声压分量,Pa;
Ncap ———采样缓存区尺寸(即一次采样的总点数);
h(fk) ———去直达声分量P0的声压谱,Pa;
gs(fk)———h(fm )在除基波之外的n2
f0附近谱峰的数值拟合(即n=1,3,4,5
…),Pa;
fk ———FFT变换中各频率点,kHz。
8 测试结果表达
8.1 测试数据处理
所有的数据应先计算,后修约。工作频率测试数据修约间隔到0.1kHz,2.25f0处
的空化噪声级LCN的测试数据的修约间隔到0.1dB,稳态空化声压分量和瞬态空化声压
分量的测试数据的修约间隔到0.1Pa。
8
JJF2335—2025
8.2 测试证书
经测试的超声水槽和超声反应器应出具测试证书,推荐的超声水槽和超声反应器测
试证书的内页格式见附录A。
8.3 测试结果的测量不确定度
测试结果的测量不确定度按JJF1059.1—2012的要求评定,测量不确定度评定的
示例见附录B。
9 复测时间间隔
超声水槽和超声反应器中空化噪声的复测时间间隔建议为1年。复测时间间隔的长
短取决于其使用情况,如环境条件、使用频率等。因此,使用单位可根据实际使用情况
自主决定复测的时间间隔。
9
JJF2335—2025
附录A
测试证书的内页格式
A.1 推荐的超声清洗水槽和超声反应器中空化噪声的测试证书内页格式
超声清洗水槽和超声反应器中空化噪声的测试证书内页格式
证书编号×××××××
测试结果
前置放大器供电电压: V 电缆长度: m
一、工作正常性:
二、测试环境:
液体环境:
室温: 液体温度:
相对湿度: 含氧量:
三、工作频率
测量点位置/mm
(x,y,z) P/W f0/Hz
四、瞬态空化噪声级(参考值1μPa)
测量点位置/mm
(x,y,z) P/W LCN/dB
测量结果不确定度: 。
五、直接声场声压
测量点位置/mm
(x,y,z) P/W P0/Pa
10
JJF2335—2025
六、瞬态空化声压分量
测量点位置/mm
(x,y,z) P/W Pt/Pa
七、稳态空化声压分量
测量点位置/mm
(x,y,z) P/W Ps/Pa
11
JJF2335—2025
附录B
空化噪声级测量不确定度的评定示例
B.1 测量模型
空化噪声级公式见(B.1):
LCN=10lgp2n
p2 ref =20lgun -M2.25f0 (B.1)
式中:
M2.25f0———2.25f0频点处标准水听器的灵敏度级,参考值为1V/μPa,单位为dB。
B.2 灵敏系数
由公式(B.1)可求得输入量对空化噪声级的灵敏系数为:
c(un )=∂LCN
∂un = 20 un lge (B.2)
c(M2.25f0)= ∂LCN
∂M2.25f0 =-1 (B.3)
B.3 测量不确定度分量
1)由随机误差引入的测量不确定度分量。采用水听器扫描测量法对Transsonic
TI-H-20超声清洗机(德国Elma公司,额定超声功率500 W)在工作频率为35kHz,
超声功率为25% (即125W)时,对超声清洗装置几何中心点进行了10次测量,空化
噪声级重复测量数据如表B.1所示。以工作频率35kHz,超声功率125W 的测试结果
为例,单次测量重复性引入的不确定分量:u0=sn=0.47dB。
表B.1 空化噪声级的测量数据
f0
kHz
P
W
LCN-1
dB
LCN-2
dB
LCN-3
dB
LCN-4
dB
LCN-5
dB
LCN-6
dB
LCN-7
dB
LCN-8
dB
LCN-9
dB
LCN-10
dB
LCN-avg
dB
sn
dB
35 125 153.4152.6153.1152.3153.0153.7152.3153.0152.5 152.9 152.9 0.47
2)标准水听器校准引入的不确定度分量
标准水听器校准结果引入的不确定度分量为0.9dB (k=2),则标准水听器校准的
不确定度为:
u(M2.25f0)=0.9dB/2=0.45dB (B.4)
因其灵敏系数c(M2.25f0)=-1,故其对应的不确定度分量为:
u1=|c(M2.25f0)|u(M2.25f0)=0.45dB (B.5)
3)示波器测量误差引入的不确定度分量
示波器测量误差不应超过±3.0%,以P =125W 为例,由表B.2可知,示波器电
压测量的算术平均值为0.385mV,则绝对误差为±0.044mV,以均匀分布考虑,取
k= 3,则测量un时示波器电压测量误差标准不确定度为:
12
JJF2335—2025
表B.2 实测2.25f0处un值
f0
kHz
P
W
un-1
mV
un-2
mV
un-3
mV
un-4
mV
un-5
mV
un-6
mV
un-7
mV
un-8
mV
un-9
mV
un-10
mV
35 125 0.382 0.366 0.361 0.328 0.410 0.472 0.348 0.439 0.372 0.369
u(un )=0.044mV/3=0.0254mV (B.6)
因其灵敏系数c(un )= ∂LCN
∂ un = 20 un lge,故其对应的不确定度分量为:
u2= c(un )u(un )=0.57dB (B.7)
4)声场不稳定性引入的不确定度分量
校准时声场随时间变化的不稳定性不应超过±0.5dB,以均匀分布考虑,k= 3,
声场随时间变化引入的不确定度分量为:
u3=0.5dB/3=0.29dB (B.8)
5)仪器输入阻抗不足引入的不确定度分量
仪器输入阻抗不足引入的误差不应超过±0.1dB,以均匀分布考虑,取k= 3,则
仪器输入阻抗不足引入的不确定度分量为:
u4=0.1dB/3=0.06dB (B.9)
6)信噪比不足引入的不确定度分量
信噪比不足引入的误差不应超过±0.05dB,以均匀分布考虑,取k= 3,则信噪
比不足引入的不确定度分量为:
u5=0.05dB/3=0.03dB (B.10)
7)电干扰引入的不确定度分量
电干扰引入的误差不应超过±0.05dB,以均匀分布考虑,取k= 3,则电干扰引
入的不确定度分量为:
u6=0.05dB/3=0.03dB (B.11)
B.4 合成标准不确定度
瞬态空化噪声级的合成标准不确定度为:
uc= u20+u21+u22+u23+u24+u25+u26 =0.92dB (B.12)
B.5 扩展不确定度
超声清洗装置空化噪声级的扩展不确定度为:
U =k·uc=1.9dB,k=2 (B.13)
13
JJF2335—2025
评论