Дебеломери ултразвукови: принцип на работа, инструкции, производители, рецензии

Ултразвуковото измерване на дебелината е неразрушаващ еднопосочен метод за определяне на ширината на материала. Той е бърз, надежден, универсален и за разлика от микрометър или дебелина не изисква достъп до двете страни на обекта. Първите търговски сензори, използващи принципа на сонара, се появяват в края на 40-те години. Малките портативни устройства, оптимизирани за широк спектър от приложения, стават често срещани през 70-те години. И иновациите в областта на микропроцесорната технология направиха възможно постигането на ново ниво на точност, простота и миниатюризация.

Голяма част от добре познатите компании се занимават с производството на устройства. Сред тях са германската компания Siemens, American Dakota Ultrasonics, British Cygnus. В Русия инструментите се произвеждат от компании като NPK "AKS", NPK "Luch", NPC "MaxProfit" и др.

Какво може да се измери?

На практика всеки конвенционален структурен материал може да бъде измерен, като се използва ултразвук. ултразвук сензорите могат да бъдат настроени за метали, пластмаси, композити, фибростъкло, керамика и стъкло. Също така е възможно да се измери екструдираните пластмаси и валцуваните продукти в производствения процес - както индивидуални слоеве, така и покрития, както и многопластови продукти, течности и биологични проби. Друга операция, при която е необходим ултразвуков дебеломер е да се определи дебелината на тухлите, конструкциите от бетон, асфалт и скали. Тези измервания почти винаги не са разрушителни и не изискват рязане или разглобяване на обекта.

Материали, които не са подходящи за конвенционални ултразвукови измервания поради лошо предаване на високочестотни вълни, включват дърво, хартия, бетон и разпенени продукти.

Как да се измери?

Звуковата енергия може да бъде генерирана в широк диапазон от честоти. Звуковият звук е в диапазона от 20 до 20 kHz. Колкото по-висока е честотата, толкова по-силно се възприема тона. Енергията с по-висока честота, извън границите на човешкото слуха, се нарича ултразвук. Най-често ултразвуково изпитване се извършва в честотен диапазон от 500 kHz до 20 MHz, въпреки че някои специализирани инструменти достигат 50 kHz или 100 MHz. Независимо от честотата, звуковата енергия е механични трептения, преминаващи през определена среда, като въздух или стомана, в съответствие с основните закони на вълновата физика.

За измерванията се използва ултразвуков дебитомер. Принципът на устройството е точно да се изчисли времето за преминаване на пулс от малка сонда (преобразувател) през измервания обект, отразен от неговата вътрешна повърхност или далечната стена. Тъй като звуковите вълни се отразяват от границата между хетерогенните материали, това измерване обикновено се извършва от едната страна, в режим "импулс / ехо".

Преобразувателят съдържа пиезоелектричен елемент, който се възбужда от къс електрически импулс за генериране на дискретни ултразвукови вълни. Те се изпращат до измерения материал и преминават през него, докато не се сблъскат със задната стена или друга пречка. Отразената вълна се връща към сензора, който преобразува механичните вибрации в електрическа енергия. По същество ултразвуковите дебеломерни апарати слушат ехо от противоположната страна. Обикновено интервалът от време между изпратения и отразения сигнал е само няколко милионни от секундата. Устройството съдържа информация за скоростта на звука в изследваните материали, от които след това може да се изчисли дебелината, като се използва проста математическа зависимост: d = V t / 2, където:

• г е дебелината на участъка;
• V е скоростта на звука;
• t е измереното време за преминаване на звука.

Важен параметър

Важно е да се отбележи, че скоростта на звука в изследваните обекти е съществена част от това изчисление. Различни материали предават звукови вълни по различни начини. Като правило, в твърдите вещества тя е по-висока, а в меките вещества е по-ниска. В допълнение, тя може да варира значително с температурата. Винаги е необходимо да се калибрират ултразвуковите дебелини на скоростта в измервания материал, което пряко влияе върху точността на измерванията на инструмента.

Звуковите вълни в обхвата на мегахерца преминават слабо, така че за да се подобри предаването на звука между радиатора и пробата, се поставя капка свързваща течност. Обикновено глицерин, пропилей гликол, вода, масло и гел се използват като контактна течност. Малко количество течност е достатъчно, за да запълни изключително тънка въздушна междина.

Режими на измерване

Производителите на ултразвукови дебелини измерват интервала от време за преминаване на енергия през пробата за изпитване по три начина:

1. Интервалът между възбуждащия импулс, който генерира звукова вълна и първото връщане на ехото, минус малка компенсираща стойност, компенсираща забавянето на инструмента, кабела и преобразувателя.
2. Отразява се интервалът от време между отразеното ехо от повърхността на пробата и първото ехо.
3. Пропастта между два последователни дъното ехо.

Изборът на режима по правило обуславя вида на конвертора, както и специфичните изисквания на приложението. Първият режим се използва със сензор за контакт и се препоръчва за повечето приложения. Във втория, има ограничителни линии или преобразуватели за потапяне, използвани на изпъкнали и вдлъбнати повърхности, в затворени пространства, за измерване на движещи се материали или предмети с висока температура.

Третият режим също използва закъснителни линии или потопяеми сензори и като правило осигурява висока точност и най-добрата минимална дебелина. Обикновено се използва, когато качеството на измерванията в първия или втория режим е незадоволително. Последният режим обаче е подходящ само за материали, които произвеждат чисто множество ехо, обикновено с нисък индекс на затихване, както при финозърнестите метали, стъкло, керамика.

Два вида устройства

Дебелината метра ултразвук, като правило, са разделени на два вида: корозивни и точност. Едно от най-важните приложения е определянето на остатъчната ширина на стените на метални тръби, резервоари, конструктивни части и съдове под налягане, които са податливи на вътрешна корозия и не могат да се видят отвън. За тази цел са предназначени дебелината на ултразвуковата корозия. Те използват техники за обработка на сигнали, които са оптимизирани за откриване на минималната остатъчна ширина на стената в груби и ръждясали проби със специализирани двукомпонентни сензори.

В други случаи се препоръчва използването на прецизни инструменти с единични конвертори за метали, пластмаси, фибростъкло, композитни материали, гума и керамика. Изградени са много различни сензори на прецизни устройства, които могат да се измерват с точност от ± 0.025 mm и по-висока, което надвишава стойностите на корозионните измервателни уреди.

Гъстомерните измервателни уреди на ултразвук GOST класифицират според предназначението, степента на автоматизация, защита от външна среда, устойчивост на механични влияния и също така определят основните им индикатори.

Видове преобразуватели

• Контактните сензори се използват за директен контакт с пробата за изпитване. Измерванията с тяхна помощ са прости, поради което се използват най-често.
• Преобразувателите със закъснителна линия съдържат пластмасов, епоксиден или кварцов цилиндър като междинна връзка между активния елемент и разглеждания обект. Основната причина за използването им е измерването на тънки предмети, където е важно да се отделят възбуждащите импулси от дъното на ехото. Закъснителната линия може да служи като топлоизолатор, предпазващ чувствителния към температурата елемент на датчика от директен контакт с горещи материали. Тя може също да бъде оформена, за да подобри сцеплението в рязко вдлъбнати или извити повърхности.
• Потопяеми датчици за подаване на звукова енергия към измервания елемент използват воден стълб или вана. Те се използват за измерване на движещи се обекти, сканиране или оптимизиране на сцеплението при наличие на остри радиуси, канали или канали.
• Преобразуватели с два елемента се използват в корозионни измервателни уреди за определяне на ширината на обектите с груба, корозирала повърхност. Те се състоят от отделен елемент за предаване и приемане, монтиран под малък ъгъл към линията за закъснение, за да се фокусира енергията на избрано разстояние под повърхността на измерваната проба. Макар че такива измервания не са толкова точни, колкото тези на други видове сензори, те имат тенденция да осигуряват значително по-висока производителност.

Дебелина габарит ултразвук: инструкция

За да се подготвите за измерванията, трябва да свържете инвертора към инструмента, да го включите, да настроите скоростта на звука и да калибрирате. За да направите това, приложете малко количество контактни материали към стандарта за калибриране, закачете сензора и активирайте режима на калибриране. Тази процедура трябва да се извърши след смяна на преобразувателя или батериите. Възможни възможности за калибриране за известната дебелина и скорост на звука.

За да се извършат измерванията, е необходимо да се приложи контактно вещество към повърхността на обекта и да се прикрепи датчик. Резултатът се показва на дисплея. Възможно е да използвате устройството в режим на сканиране, например, за да търсите най-малката дебелина на материала. Можете също да настроите сигнала, за да откриете място с размер на стената, който е по-малък от зададената стойност.

За да измерите скоростта на звука, трябва да измерите обекта с помощта на калибър или микрометър, да прикрепите датчика и да изчакате резултата. След като настроите предишната измерена стойност, натиснете бутона, за да съхраните данните в паметта на устройството. Някои устройства ви позволяват да прехвърляте резултатите към компютър.

Ултразвуков дебеломер: рецензии

Потребителите оценяват компактния размер, лекотата на използване, надеждността, лесното калибриране на съвременните устройства. Експертите отбелязват липсата на алтернативи на устройствата от този тип при оценката на състоянието на автомобилите, качеството на работата на каросерията. Устройството ви позволява да определите дали превозното средство е пребоядисано и дали е било замесено в произшествие. Дебелини, които не изискват контактна течност за работа и са способни да извършват самокалибриране, са най-популярни.

Материал и обхват

Ултразвуковият дебитомер, чийто принцип на работа се избира в зависимост от състава, обхвата на измерванията, геометрията, температурата, изискванията за точност и други възможни условия, понякога е незаменим.

Видът на материала и границите на измерване са най-важните фактори при избора на устройство и конвертор. Много вещества, включително повечето метали, керамика и стъкло, се провежда ехография много ефективно и дават възможност за измервания в широк диапазон. Повечето пластмаси ще абсорбират енергия и следователно е ограничена максимална дебелина в обхват, но в повечето ситуации на работното място измерване не причинява проблеми. Каучук, фибростъкло и много композитни материали поглъщат много по-силни и изискват повече предаватели и приемници, които са оптимизирани за работа при ниски честоти.

Дебелината определя вида на конвертора. Тънките обекти се измерват при високи честоти и дебели или намалени при ниски честоти. За много тънки материали, използвани закъснителна линия, въпреки че, както и потопяеми преобразуватели са ограничени в дебелината измервания поради смущения от множествена ехото. В случай на широки предмети или обекти, състоящи се от няколко материала, може да са необходими сензори от различен тип.

Изкривяване на повърхността

С нарастващата кривина на повърхността се намалява ефективността на контакт между датчика и измервания обект, така че с намаляването на радиуса на кривината, размерът на сензора трябва да бъде намален. Измерването на много малки радиуси може да изисква използването на забавяне линии или безконтактни потопяеми преобразуватели. Те могат да се използват и за измервания в канали, кухини и други места с ограничен достъп.

температура

Свързващите конвертори обикновено са приложими при температура на обекта до 50 ° С. По-горещите материали могат да повредят сензора поради ефекта термично разширение. В такива случаи винаги използвайте датчици с топлоустойчива закъснителна линия, потапяне или високотемпературни сензори с два елемента.

В някои случаи обект с нисък акустичен импеданс (плътност, умножена със скоростта на звука) е свързан с материал с по-висок акустичен импеданс. Типични примери са пластмасови, каучукови и стъклени покрития от стомана или други метали, както и полимерно покритие от фибростъкло. В този случай ехото от границата между двата материала ще бъде фазова обърната - обърната спрямо ехото от границата с въздуха. Това може да бъде коригирано чрез просто промяна на настройката на инструмента, но ако нищо не се направи, показанията ще бъдат неточни.

грешка

На точност на измерванията засяга различни фактори, включително проверка на ултразвукови дебелини, тяхното калибриране, равномерност на скоростта на материята, отслабване и разсейване на звука, грапавост и кривина на повърхността, лошо свързване и неравенство на дъното. Точността се постига най-добре чрез използване на стандарти с известен размер. С подходящо грешка калибриране ултразвукова дебелина от 0,01 мм ± и дори ± 0,001 мм. Линиите на сензорите за закъснение или потапяне в третия режим също увеличават точността на измерванията.