Aparate de măsurat grosimea cu ultrasunete: principiu de lucru, instrucțiuni, producători, recenzii

Măsurarea grosimii ultrasonice este o metodă non-distructivă pentru determinarea lățimii unui material. Este rapid, fiabil, versatil și, spre deosebire de un micrometru sau etrier, nu necesită acces la două laturi ale obiectului. Primii senzori comerciali, folosind principiul sonarului, au apărut la sfârșitul anilor 1940. Dispozitivele portabile mici, optimizate pentru o gamă largă de aplicații, au devenit comune în anii 1970. Și inovațiile în domeniul tehnologiei microprocesoare au făcut posibilă atingerea unui nou nivel de precizie, simplitate și miniaturizare.

Un număr mare de companii bine-cunoscute sunt implicate în producția de dispozitive. Printre acestea - compania germană Siemens, American Dakota Ultrasonics, British Cygnus. În Rusia, instrumentele sunt produse de firme precum NPF "AKS", NPK "Luch", NPC "MaxProfit" etc.

Ce poate fi măsurat?

Practic, orice material structural convențional poate fi măsurat utilizând ultrasunete. ultrasunete senzorii pot fi reglați pentru metale, materiale plastice, compozite, fibră de sticlă, ceramică și sticlă. De asemenea, este posibilă măsurarea materialelor plastice extrudate și a produselor laminate în procesul de producție - atât straturi individuale, cât și straturi de acoperire și produse multistrat, lichide și probe biologice. O altă operație în cazul căreia este necesar un indicator de grosime cu ultrasunete este de a determina grosimea cărămizii, structurile de beton, asfalt și roci. Astfel de măsurători sunt aproape întotdeauna nedistructive și nu necesită tăierea sau dezasamblarea obiectului.

Materialele care nu sunt potrivite pentru măsurătorile ultrasonice convenționale din cauza transmiterii necorespunzătoare a undelor de înaltă frecvență includ produsele din lemn, hârtie, beton și spumă.

Cum se măsoară?

Energia sonoră poate fi generată într-o gamă largă de frecvențe. Sunetul sonor este cuprins între 20 și 20 kHz. Cu cât frecvența este mai mare, cu atât este mai mare tonul perceput. Energia cu o frecvență mai mare, dincolo de limitele auzului uman, se numește ultrasunete. Cel mai adesea testarea cu ultrasunete se efectuează în frecvență de la 500 kHz la 20 MHz, deși unele instrumente specializate ating 50 kHz sau 100 MHz. Indiferent de frecvență, energia sonoră este oscilațiile mecanice care trec printr-un anumit mediu, cum ar fi aerul sau oțelul, în conformitate cu legile fundamentale ale fizicii valurilor.

Pentru măsurători utilizați un ecartament cu ultrasunete. Principiul de funcționare al dispozitivului constă în calculul exact al timpului de tranzit al pulsului sondei mici (traductor) prin obiectul de măsurare, a reflectat suprafața sa interioară sau peretele distal. Deoarece undele sonore sunt reflectate din granița dintre materiale eterogene, această măsurare este de obicei efectuată dintr-o parte, în modul "puls / echo".

Traductorul conține un element piezoelectric care este excitat de un impuls electric scurt pentru generarea undelor discrete ultrasonice. Ele sunt trimise la materialul măsurat și trec prin el până când se ciocnesc cu peretele din spate sau cu alt obstacol. Unda reflectată revine senzorului, care transformă vibrațiile mecanice în energie electrică. În esență, gagurile cu grosimea ultrasonică ascultă ecoul din partea opusă. De obicei, intervalul de timp dintre semnalul trimis și cel reflectat este de numai câteva milioane de secunde. Dispozitivul conține informații despre viteza sunetului în materialul investigat, din care poate apoi calcula grosimea, folosind o relație matematică simplă: d = V t / 2, unde:

• d este grosimea secțiunii;
• V este viteza sunetului;
• t este timpul de transmisie a sunetului măsurat.

Parametru important

Este important de menționat că viteza sunetului în obiectul studiat este o parte esențială a acestui calcul. Diferitele materiale transmit undele de sunet în moduri diferite. De regulă, în substanțele solide este mai mare, iar în substanțele moi este mai mică. În plus, poate varia considerabil cu temperatura. Este întotdeauna necesară calibrarea măsurătorilor de grosime cu ultrasunete la viteza din materialul măsurat, ceea ce afectează în mod direct precizia măsurătorilor instrumentului.

undele sonore în MHz variază prin aer testat rău, astfel încât să îmbunătățească transmisia sunetului între emițător și proba este plasată o picătură de cuplare fluid. De obicei, glicerina, propilen glicolul, apa, uleiul și gelul sunt folosite ca lichid de contact. O cantitate mică de lichid este suficientă pentru a umple un gol de aer extrem de subțire.

Moduri de măsurare

Producătorii de aparate de măsură a grosimii cu ultrasunete măsoară intervalul de timp pentru trecerea energiei prin eșantionul de testare în trei moduri:

1. Intervalul dintre impulsul de excitație, care generează o undă sonoră și prima întoarcere a ecoului, minus o mică valoare a offsetului care compensează întârzierea instrumentului, a cablului și a traductorului.
2. Intervalul de timp dintre ecoua returnată de pe suprafața probei și primul ecou reflectat.
3. Diferența dintre două ecouri de fund consecutive.

Alegerea modului, de regulă, dictează tipul convertorului, precum și cerințele specifice ale aplicației. Primul mod este utilizat cu un senzor de contact și este recomandat pentru majoritatea aplicațiilor. În al doilea, există o linie de întârziere sau traductoare de imersie folosite pe suprafețe convexe și concave, în spații închise, pentru măsurarea materialului în mișcare sau a obiectelor cu temperatură ridicată.

Cel de-al treilea mod utilizează, de asemenea, linii de întârziere sau senzori submersibili și, de regulă, oferă o precizie ridicată și cea mai bună rezoluție minimă a grosimii. Acesta este de obicei utilizat atunci când calitatea măsurătorilor în primul sau al doilea mod este nesatisfăcătoare. Cu toate acestea, ultimul mod este potrivit doar pentru materialele care produc ecouri multiple pure, de obicei cu un indice de atenuare scăzut, ca și în metalele cu granulație fină, sticlă, ceramică.

Două tipuri de dispozitive

Masuratori de grosime cu ultrasunete, de regulă, sunt împărțite în două tipuri: corozive și de precizie. Una dintre cele mai importante aplicații este determinarea lățimii pereților metalici reziduali ale conductelor, vaselor, componente structurale și recipientelor sub presiune care sunt supuse coroziunii și nu pot fi vizibile din exterior. Grosimea de coroziune cu ultrasunete pentru acest scop sunt destinate. Ei folosesc tehnici de procesare a semnalelor care sunt optimizate pentru a detecta lățimea minimă a peretelui rezidual în probele grosiere și ruginite cu senzori specializați cu două elemente.

În alte cazuri, se recomandă utilizarea instrumentelor de înaltă precizie cu convertoare singulare, pentru metale, materiale plastice, fibră de sticlă, compozite, cauciuc și ceramică. S-au creat numeroși senzori diferiți de dispozitive de precizie, capabili să măsoare cu o precizie de ± 0,025 mm și mai mare, care depășesc valorile contoarelor de coroziune.

GOST grosimetre cu ultrasunete clasifică în funcție de scopul, gradul de automatizare, protecția față de mediul extern, rezistența la influențele mecanice, și determină, de asemenea, principalii lor indicatori.

Tipuri de traductoare

• Senzorii de contact sunt utilizați pentru contactul direct cu proba de testare. Măsurătorile cu ajutorul lor sunt simple, prin urmare sunt utilizate cel mai des.
• Convertoarele cu o linie de întârziere conțin un cilindru din plastic, epoxidic sau cuarț ca o legătură intermediară între elementul activ și obiectul studiat. Principalul motiv pentru utilizarea lor este măsurarea obiectelor subțiri, unde este important să se separe impulsurile de excitație de ecourile de la bază. Linia de întârziere poate servi ca un izolator de căldură, protejând elementul sensibil la temperatură al senzorului de contact direct cu materiale fierbinți. Acesta poate fi, de asemenea, conceput pentru a îmbunătăți aderența în suprafețe ascuțite, concave sau curbe.
• Transductoarele submersibile pentru alimentarea energiei sonore către elementul măsurat utilizează o coloană de apă sau o baie. Ele sunt folosite pentru a măsura obiectele în mișcare, pentru a scana sau a optimiza aderența în prezența unor raze, caneluri sau canale ascuțite.
• Traductorii cu două elemente sunt utilizați în dispozitivele de măsurare a coroziunii pentru a determina lățimea obiectelor cu o suprafață grosieră, corodată. Ele constau dintr-un element separat de transmitere și recepție instalat la un unghi mic față de linia de întârziere pentru a focaliza energia la o distanță selectată sub suprafața probei măsurate. Deși astfel de măsurători nu sunt la fel de exacte ca cele ale altor tipuri de senzori, ele au tendința de a oferi performanțe semnificativ mai mari.

Grosime ecartament cu ultrasunete: instrucțiuni

Pentru a vă pregăti pentru măsurători, trebuie să conectați invertorul la instrument, să îl porniți, să setați viteza sonorului și să calibrați. Pentru a face acest lucru, aplicați un mic material de contact la standardul de calibrare, atașați senzorul și activați modul de calibrare. Această procedură trebuie efectuată după înlocuirea convertizorului sau a bateriilor. Posibilele opțiuni de calibrare pentru grosimea și viteza cunoscută a sunetului.

Pentru a efectua măsurătorile, este necesar să aplicați o substanță de contact pe suprafața obiectului și să atașați un senzor. Rezultatul este afișat pe ecran. Este posibil să utilizați dispozitivul în modul de scanare, de exemplu, pentru a căuta cea mai mică grosime a materialului. De asemenea, puteți seta semnalul pentru a detecta o locație cu o dimensiune a peretelui care este mai mică decât valoarea setată.

Pentru a măsura viteza sunetului, trebuie să măsurați obiectul cu un etrier sau micrometru, atașați traductorul și așteptați rezultatul. După ce ați setat valoarea măsurată anterior, apăsați butonul pentru a stoca datele în memoria dispozitivului. Unele dispozitive vă permit să transferați rezultatele pe un PC.

Ecartament grosime ultrasonic: comentarii

Utilizatorii apreciază dimensiunea compactă, ușurința în utilizare, fiabilitatea, ușurința calibrării dispozitivelor moderne. Experții observă lipsa de alternative la dispozitivele de acest tip în evaluarea stării autoturismelor, calitatea performanței caroseriei. Dispozitivul vă permite să stabiliți dacă vehiculul a fost reproiectat și dacă a fost implicat într-un accident. Dispozitivele de măsurare a grosimii, care nu necesită fluid de contact pentru funcționare și care sunt capabile să efectueze autocalibrarea, sunt cele mai populare.

Material și gamă

Grosimea cu ultrasunete, al cărui principiu este selectat în funcție de compoziția, domeniul de masurare, geometrie, temperatură, cerințele de acuratețe și alte posibile condiții, uneori, pur și simplu indispensabil.

Tipul de material și limitele de măsurare sunt cei mai importanți factori atunci când alegeți un dispozitiv și un convertor. Multe substanțe, inclusiv cele mai multe metale, ceramică și sticlă, fac ultrasunete foarte eficient și permit măsurătorile să se facă într-o gamă largă. Majoritatea materialelor plastice absorb energie mai rapid și, prin urmare, au un domeniu de grosime mai limitat, dar în majoritatea situațiilor de producție, problemele nu provoacă probleme. Cauciuc, fibră de sticlă și multe materiale compozite absorb mult mai mult și necesită transmițătoare mari și receptoare optimizate pentru a funcționa la frecvențe joase.

Grosimea determină tipul convertorului. Subiectele subțiri sunt măsurate la frecvențe înalte, și groase sau amortizate la frecvențe joase. Pentru materialele foarte subțiri, este utilizată o linie de întârziere, deși ele, precum și traductoarele submersibile, sunt limitate în grosime datorită interferenței de la ecouri multiple. În cazul obiectelor mari sau al obiectelor formate din mai multe materiale, pot fi necesare senzori de diferite tipuri.

Curbură a suprafeței

Cu o curbură crescătoare a suprafeței, eficiența de contact între traductor și obiectul măsurat scade, astfel că, cu o scădere a razei de curbură, dimensiunea senzorului ar trebui redusă. Măsurarea unor raze foarte mici poate necesita utilizarea unor linii de întârziere sau a unor traductoare de imersiune fără contact. Ele pot fi de asemenea utilizate pentru măsurători în caneluri, cavități și alte locuri cu acces limitat.

temperatură

Contactoarele de conversie sunt în general aplicabile la o temperatură a obiectului de până la 50 ° C. Materialele mai calde pot deteriora senzorul datorită efectului expansiune termică. În astfel de cazuri, utilizați întotdeauna traductoare cu o linie de întârziere rezistentă la căldură, senzori de imersie sau de temperatură ridicată cu două elemente.

În unele cazuri, un obiect cu o impedanță acustică scăzută (densitate înmulțită de viteza sunetului) este conectat la un material cu o impedanță acustică mai mare. Exemple tipice sunt acoperirea din plastic, cauciuc și sticlă de oțel sau alte metale, precum și o acoperire polimerică din fibră de sticlă. În acest caz, ecoul de la limita dintre cele două materiale va fi inversat în fază - inversat în raport cu ecoul de la limita cu aerul. Acest lucru poate fi corectat prin simpla schimbare a setării instrumentului, dar dacă nu se face nimic, citirile vor fi inexacte.

eroare

Pe acuratețea măsurătorilor influențată de mai mulți factori, inclusiv verificarea grosimii firelor ultrasonice și calibrarea acestora, uniformitatea vitezei în substanță, atenuarea și dispersia sunetului, rugozitatea suprafeței și curbura suprafeței, slaba comunicare și paralelism inferior. Acuratețea este cel mai bine realizată prin utilizarea unor standarde de dimensiuni cunoscute. Cu eroare de calibrare corespunzătoare grosimii cu ultrasunete de ± 0,01 mm și chiar ± 0,001 mm. linie de întârziere sau de imersie traductoare în al treilea modul de a îmbunătăți, de asemenea, precizia de măsurare.