Tloušťkoměry ultrazvukové: pracovní princip, instrukce, výrobci, recenze

Měření tloušťky ultrazvukem je nedestruktivní jednosměrná metoda pro určení šířky materiálu. Je rychlý, spolehlivý, všestranný a na rozdíl od mikrometru nebo třmenu nevyžaduje přístup ke dvěma stranám objektu. První komerční senzory, používající princip sonaru, se objevily koncem čtyřicátých let. Malá přenosná zařízení, optimalizovaná pro širokou škálu aplikací, se v 70. letech stala běžnou. A inovace v oblasti mikroprocesorové technologie umožnily dosáhnout nové úrovně přesnosti, jednoduchosti a miniaturizace.

Ve výrobě zařízení se zabývá velké množství známých společností. Mezi ně patří německá společnost Siemens, americká Dakota Ultrasonics, britská Cygnus. V Rusku vyrábí nástroje takové firmy jako NPF "AKS", NPK "Luch", NPC "MaxProfit" atd.

Co lze měřit?

Prakticky se může měřit libovolný běžný konstrukční materiál ultrazvuk. Ultrazvuk snímače lze naladit na kovy, plasty, kompozity, sklolaminát, keramiku a sklo. Také možné měření vytlačovaných plastů a válcované ve výrobním procesu - jak je zřetelné vrstvy nebo povlaky a vícevrstvé výrobky, kapaliny a biologické vzorky. Další operace, kdy prostě nutné ultrazvukové tloušťka - Stanovení tloušťky a struktury betonu, asfaltu a kamení cihel. Taková měření jsou téměř vždy nedestruktivní a nevyžadují stříhání nebo demontáž předmětu.

Materiály, které nejsou vhodné pro konvenční měření ultrazvukem kvůli špatnému přenosu vysokofrekvenčních vln, zahrnují dřevo, papír, beton a pěnové výrobky.

Jak měřit?

Zvuková energie může být generována v širokém rozsahu frekvencí. Zvukový zvuk je v rozmezí 20 až 20 kHz. Čím vyšší je frekvence, tím vyšší je vnímaný tón. Energie vyšší frekvence, mimo hranice lidského sluchu, se nazývá ultrazvuk. Nejčastěji ultrazvukové testování se provádí v roce 2007 frekvenční rozsah od 500 kHz do 20 MHz, i když některé speciální přístroje dosahují 50 kHz nebo 100 MHz. Bez ohledu na frekvenci je zvukovou energií mechanické oscilace procházející určitým médiem, jako je vzduch nebo ocel, v souladu se základními zákony fyziky vln.

Pro měření používejte ultrazvukový tloušťkoměr. Princip fungování zařízení spočívá v přesném výpočtu puls tranzitní doby malé sondy (snímače) přes měřeném objektu, která se projevuje jeho vnitřní povrch nebo distální stěny. Vzhledem k tomu, zvukové vlny se odrážejí od hranice mezi rozdílnými materiály, toto měření se obvykle provádí jednou rukou, v „puls / echo“.

Převodník obsahuje piezoelektrický prvek, který je excitován krátkým elektrickým impulsem pro generování diskrétních ultrazvukových vln. Jsou odesílány do měřeného materiálu a projíždějí přes něj, dokud se nerozbijí se zadní stěnou nebo jinou překážkou. Odražená vlna se vrací do senzoru, který mění mechanické vibrace na elektrickou energii. V podstatě ultrazvukové tloušťkoměry poslouchají ozvěnu z opačné strany. Obvykle je časový interval mezi vyslaným a odraženým signálem jen několik miliónů sekundy. Zařízení obsahuje informace o rychlost zvuku v materiálu, který je předmětem šetření, ze kterého pak může vypočítat tloušťku pomocí jednoduchého matematického vztahu: d = Vt / 2, kde:

• d je tloušťka úseku;
• V je rychlost zvuku;
• t je naměřená doba přechodu zvuku.

Důležitý parametr

Je důležité poznamenat, že rychlost zvuku ve studovaném objektu je podstatnou součástí tohoto výpočtu. Různé materiály přenášejí zvukové vlny různými způsoby. Zpravidla je v tuhých látkách vyšší a u měkkých látek je nižší. Navíc se může s teplotou značně lišit. Vždy je nutné kalibrovat ultrazvukové tloušťkoměry podle rychlosti měřeného materiálu, což přímo ovlivňuje přesnost naměřených hodnot přístroje.

Zvuková vlna v pásmu megahertzů prochází špatným vzduchem, takže pro zlepšení přenosu zvuku mezi chladičem a vzorkem je umístěna kapka propojovací kapaliny. Obvykle se jako kontaktní tekutina používá glycerin, propylenglykol, voda, olej a gel. Malé množství tekutiny stačí na zaplnění extrémně tenké vzduchové mezery.

Měřicí režimy

Výrobci ultrazvukových tloušťkoměrů měří časový interval pro průchod energie zkušebním vzorkem třemi způsoby:

1. Interval mezi počátečním impulsu, která generuje zvukové vlny a první vracející se ozvěnu mínus malá hodnotu odsazení, odsazení zpoždění v nástroji a kabelovou převodník.
2. Časový interval mezi vrácenou ozvěnou od povrchu vzorku a první ozvěnou se odráží.
3. Mezera mezi dvěma po sobě jdoucími ozvěnami.

Volba režimu zpravidla určuje typ převodníku, jakož i specifické požadavky aplikace. První režim se používá se senzorem kontaktů a doporučuje se pro většinu aplikací. Ve druhém případě jsou na konvexních a konkávních površích, v uzavřených prostorách, umístěny měniče zpoždění nebo ponoření pro měření pohybujícího se materiálu nebo předmětů s vysokou teplotou.

Třetí režim využívá také zpožďovací linka nebo ponoření senzory a obvykle poskytuje vysokou přesnost a nejlepší tloušťku minimální rozlišení. Obvykle se používá při měření kvality prvního nebo druhého režimu je neuspokojivá. Nicméně, tento způsob je vhodný pouze pro materiály, které produkují čisté více ozvěny, zpravidla s nízkým tlumením jako v jemnozrnné kovů, skla, keramiky.

Dva typy zařízení

Ultrazvukové tloušťkoměry jsou obvykle rozděleny do dvou typů: koroze a přesnost. Jednou z nejdůležitějších aplikací je stanovení šířky zbytkových kovových stěnách potrubí, nádob, konstrukčních prvků a tlakových nádob, které jsou předmětem vnitřní korozi a nemusí být vidět z vnější strany. Tloušťkoměry ultrazvukové korozi a jsou určeny pro tento účel. Používají pro zpracování signálů, techniky, které jsou optimalizovány pro detekci minimální reziduální šířku stěny v hrubých a rezavých vzorků se specializovanými senzory dvou prvků.

V ostatních případech se doporučuje používat vysoce přesné přístroje s jednotlivými převodníky pro kovy, plasty, sklolaminát, kompozity, pryž a keramiku. Bylo vytvořeno mnoho různých snímačů přesných přístrojů, které jsou schopné měřit s přesností ± 0,025 mm a vyšší, což přesahuje hodnoty korozních měřidel.

Ultrazvukové tloušťkoměry GOST se podle účelu, stupně automatizace, ochrany proti vnějšímu prostředí, odolávají mechanickým vlivům a také určují jejich hlavní indikátory.

Typy měničů

• Kontaktní senzory se používají pro přímý kontakt se zkušebním vzorkem. Měření s jejich pomocí je jednoduchá, proto se nejčastěji používají.
• Převodníky se zpožďovací čárou obsahují plastový, epoxidový nebo křemenný válec jako mezilehlé spojení mezi aktivním prvkem a studovaným předmětem. Hlavním důvodem pro jejich použití je měření tenkých objektů, kde je důležité oddělit buzení impulzů od spodních ozvěn. Zpožďovací linka může sloužit jako tepelný izolátor, chránící senzorový teplotně citlivý prvek před přímým kontaktem s horkými materiály. Může být také tvarován tak, aby zlepšoval přilnavost v ostrých konkávních nebo zakřivených plochách.
• Ponorné měniče pro dodávání zvukové energie do měřeného prvku používají vodní sloupec nebo lázeň. Používají se k měření pohybujících se objektů, skenování nebo optimalizace adheze za přítomnosti ostrých poloměrů, drážkování nebo kanálů.
• Převodníky se dvěma prvky se používají v korozních měřicích zařízeních pro určení šířky předmětů s hrubým, zkorodovaným povrchem. Skládá se z oddělené vysílací a přijímací prvek instalován v mírném úhlu do zpožďovací linky soustředit energii ve zvolené vzdálenosti pod povrchem měřeného vzorku. I když tato měření nejsou tak přesná jako u jiných typů snímačů, mají tendenci poskytovat výrazně vyšší výkon.

Ultrazvukový tloušťkoměr: instrukce

Chcete-li se připravit na měření, musíte připojit střídač k přístroji, zapnout jej, nastavit rychlost zvuku a kalibrovat. K tomu použijte kalibrační standard malý kontaktní materiál, připojte snímač a aktivujte kalibrační režim. Tento postup musí být proveden po výměně konvertoru nebo baterií. Možné možnosti kalibrace známé tloušťky a rychlosti zvuku.

Pro provedení měření je nutné aplikovat kontaktní látku na povrch předmětu a připojit snímač. Výsledek se zobrazí na displeji. Je možné použít zařízení v režimu skenování, například pro hledání nejmenší tloušťky materiálu. Signál můžete také nastavit tak, aby zjistil umístění s velikostí stěny, které je menší než nastavená hodnota.

Chcete-li měřit rychlost zvuku, musíte měřit objekt pomocí třmenu nebo mikrometru, připojit snímač a počkat na výsledek. Po nastavení předchozí měřené hodnoty stiskněte tlačítko pro uložení dat do paměti přístroje. Některá zařízení umožňují přenos výsledků do počítače.

Ultrazvukový tloušťkoměr: recenze

Uživatelé oceňují kompaktní velikost, snadné použití, spolehlivost, snadnou kalibraci moderních zařízení. Odborníci poukazují na nedostatek alternativ k zařízením tohoto typu při posuzování stavu vozidel, kvalita výkonu karoserie. Přístroj umožňuje zjistit, zda bylo vozidlo překresleno a zda se jednalo o nehodu. Tloušťkoměry, které nevyžadují kontaktní kapalinu pro provoz a které jsou schopny provádět samokalibraci, jsou nejoblíbenější.

Materiál a rozsah

Ultrazvukový tloušťkoměr, jehož princip je zvolen v závislosti na složení, rozsahu měření, geometrii, teplotě, požadavcích na přesnost a dalších možných podmínkách, je někdy nenahraditelný.

Typ materiálu a meze měření jsou nejdůležitějšími faktory při výběru zařízení a měniče. Mnoho látek, včetně většiny kovů, keramiky a skla, velmi účinně provádí ultrazvuk a umožňuje provádět měření v širokém rozmezí. Většina plastů absorbuje energii rychleji a proto má omezenější maximální rozsah tloušťky, ale ve většině výrobních situacích problémy nevyvolávají problémy. Pryž, sklolaminát a mnoho kompozitních materiálů absorbují mnohem více a vyžadují velké vysílače a přijímače optimalizované pro provoz při nízkých frekvencích.

Tloušťka určuje typ měniče. Tenké objekty se měří při vysokých frekvencích a jsou tlusté nebo tlumené při nízkých frekvencích. U velmi tenkých materiálů se používá zpožďovací linka, ačkoli jsou stejně jako ponorné měniče tloušťky omezeny kvůli interferenci z několika ozvěn. V případě širokých předmětů nebo předmětů sestávajících z několika materiálů mohou být potřebné senzory různých typů.

Zakřivení povrchu

S rostoucím zakřivením povrchu se účinnost kontaktu mezi měničem a měřeným objektem snižuje, takže s poklesem poloměru zakřivení by měla být velikost snímače snížena. Měření velmi malých poloměrů může vyžadovat použití zpožďovacích linek nebo bezkontaktních snímačů ponoření. Mohou být také použity pro měření v drážkách, dutinách a jiných místech s omezeným přístupem.

Teplota

Konvertory kontaktu jsou obecně použitelné při teplotě objektu až do 50 ° C. Teplější materiály mohou způsobit poškození snímače vlivem efektu tepelná roztažnost. V takových případech vždy používejte snímače s teplovzdornou zpožděnou čárkou, snímače ponoření nebo vysoké teploty se dvěma prvky.

V některých případech je objekt s nízkou akustickou impedancí (hustota vynásobený rychlostí zvuku) připojen k materiálu s vyšší akustickou impedancí. Typickými příklady jsou plastové, pryžové a skleněné povlaky z oceli nebo jiných kovů, jakož i polymerní povlak ze skleněného vlákna. V tomto případě bude ozvěna od hranice mezi těmito dvěma materiály fázově převrácena - obrácená vzhledem k ozvěnu od hranice se vzduchem. To může být opraveno jednoduše změnou nastavení nástroje, ale pokud se nic nedělá, údaje budou nepřesné.

Přesnost

Na přesnost měření ovlivněna mnoha faktory, včetně ověření ultrazvukových tloušťkoměrů a jejich kalibrace, uniformity rychlosti ve látky, útlumu a rozptylu zvuku, drsnosti a zakřivení povrchu, špatné komunikace a spodní rovnoběžnosti. Přesnost se nejlépe dosáhne použitím standardů známé velikosti. Při správné kalibraci je chyba ultrazvukové tloušťky ± 0,01 mm a dokonce i ± 0,001 mm. Linky snímačů zpoždění nebo ponoření ve třetím režimu také zvyšují přesnost měření.