Debelinski merilniki ultrazvočni: princip delovanja, navodila, proizvajalci, pregledi

Meritev debeline ultrazvoka je nedestruktivna enosmerna metoda za določanje širine materiala. Je hiter, zanesljiv, vsestranski in, za razliko od mikrometra ali palice, ne potrebuje dostopa do dveh strani predmeta. Prvi komercialni senzorji, ki uporabljajo princip sonarja, so se pojavili konec 1940-ih. Majhne prenosne naprave, optimizirane za široko paleto aplikacij, so postale pogoste v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja. In inovacije na področju mikroprocesorske tehnologije so omogočile doseganje nove stopnje natančnosti, preprostosti in miniaturizacije.

Veliko število znanih podjetij se ukvarja s proizvodnjo naprav. Med njimi - nemško podjetje Siemens, ameriška Dakota Ultrasonics, British Cygnus. V Rusiji instrumente izdelujejo podjetja, kot so NPF "AKS", NPK "Luch", NPC "MaxProfit" itd.

Kaj je mogoče izmeriti?

Praktično vsak konvencionalni strukturni material lahko merimo z uporabo ultrazvok. Ultrazvok senzorje lahko nastavite za kovine, plastiko, kompozite, steklo, keramiko in steklo. Prav tako je mogoče izmeriti ekstrudirane plastike in valjanih izdelkov v proizvodnem procesu - posamezne plasti ali prevleke, večplastne izdelke, tekočine in biološke vzorce. Druga operacija, kjer je preprosto potrebno ultrazvočno merilo debeline, je določiti debelino opeke, strukture betona, asfalta in kamnine. Takšne meritve so skoraj vedno neporušne in ne zahtevajo rezanja ali razstavljanja predmeta.

Materiali, ki niso primerni za običajne ultrazvočne meritve zaradi slabega prenosa visokofrekvenčnih valov, vključujejo les, papir, beton in penjene izdelke.

Kako meriti?

Zvočna energija se lahko generira v širokem razponu frekvenc. Zvočni zvok je v območju od 20 do 20 kHz. Višja je frekvenca, višji je zaznani ton. Energija višje frekvence, ki presega meje človeškega sluha, se imenuje ultrazvok. Najpogosteje ultrazvočno testiranje se izvaja v Ljubljani frekvenčno območje od 500 kHz do 20 MHz, čeprav nekateri specializirani instrumenti dosegajo 50 kHz ali 100 MHz. Ne glede na frekvenco je zvočna energija mehanska nihanja, ki potekajo skozi določen medij, kot je zrak ali jeklo, v skladu z osnovnimi zakoni fizike valov.

Za meritve uporabite ultrazvočni profil debeline. Načelo naprave je natančno izračunati čas prehoda impulza iz majhne sonde (pretvornika) skozi izmerjeni predmet, ki ga odraža njegova notranja površina ali daleča stena. Ker zvočne valove odsevajo od meje med heterogenimi materiali, se ta meritev ponavadi izvaja z ene strani, v načinu "impulz / echo".

Pretvornik vsebuje piezoelektrični element, ki ga vzburi s kratkim električnim impulzom, da proizvaja diskretne ultrazvočne valove. Pošljejo se do izmerjenega materiala in prehajajo skozi njo, dokler ne trčijo z zadnjo steno ali drugo oviro. Odsevni val se vrne na senzor, ki pretvarja mehanske vibracije v električno energijo. V bistvu ultrazvočni senzorji debeline poslušajo odmev z nasprotne strani. Običajno je časovni interval med poslanim in odraženim signalom le nekaj milijoninec sekunde. Naprava vsebuje informacije o hitrost zvoka v materialu v preiskavi, iz katerega lahko potem izračuna preprosto matematično razmerje: d = V t / 2, kjer:

• d je debelina preseka;
• V je hitrost zvoka;
• t je izmerjeni čas tranzita zvoka.

Pomemben parameter

Pomembno je omeniti, da je hitrost zvoka v predmetu, ki se preučuje, bistven del tega izračuna. Različni materiali prenašajo zvočne valove na različne načine. Praviloma je v trdnih delih višja in v mehkih snoveh je nižja. Poleg tega se lahko znatno spreminja s temperaturo. Vedno je treba kalibrirati ultrazvočne merilnike debeline do hitrosti v materialu, ki se meri, kar neposredno vpliva na točnost odčitkov instrumenta.

Zvočni valovi v območju megahertzov skozi zračni prehod slabo, zato je za izboljšanje prenosa zvoka med radiatorjem in vzorec postavljena kapljica povezovalne tekočine. Običajno se uporabljajo kot kontaktna tekočina glicerin, propilenglikol, voda, olje in gel. Majhna količina tekočine je dovolj, da zapolni zelo zračno režo.

Merilni načini

Proizvajalci ultrazvočnih merilnikov debeline merijo časovni interval za prehod energije skozi preskusni vzorec na tri načine:

1. Interval med impulzom vzbujanja, ki ustvarja zvočni val in prvi odmik odziva, minus majhno izravnalno vrednost, ki kompenzira zakasnitev instrumenta, kabla in pretvornika.
2. Časovni interval med vrnjenim odmevom iz površine vzorca in prvim odmevom se odraža.
3. Razlika med dvema zaporednima spodnjima odmevoma.

Izbira načina praviloma narekuje vrsto pretvornika in posebne zahteve aplikacije. Prvi način se uporablja s kontaktnim senzorjem in je priporočljiv za večino aplikacij. V drugem primeru se na konveksnih in konkavnih površinah, v zaprtih prostorih, uporablja oddajna črta ali potopni pretvorniki za merjenje gibajočega materiala ali predmetov z visoko temperaturo.

Tretji način uporablja tudi zakasnitvene črte ali potopne senzorje in praviloma zagotavlja visoko natančnost in najboljšo minimalno ločljivost debeline. Običajno se uporablja, če je kakovost meritev v prvem ali drugem načinu nezadovoljiva. Vendar pa je ta način primeren samo za materiale, ki proizvajajo čisto več odmevov, običajno z nizkim indeksom oslabitve, kot pri drobnozrnatih kovinah, steklu in keramiki.

Dve vrsti naprav

Debelinski števci ultrazvočni, so praviloma razdeljeni na dve vrsti: korozivno in natančno. Ena izmed njihovih najpomembnejših aplikacij je določitev preostale širine stene kovinskih cevi, rezervoarjev, konstrukcijskih delov in tlačnih posod, ki so dovzetne za notranjo korozijo in jih ni mogoče videti od zunaj. Za ta namen so namenjeni ultrazvočni koroziji debeline plinov. Uporabljajo tehnike obdelave signala, ki so optimizirani za zaznavanje najmanjše preostale širine sten v grobih in zarjavelih vzorcih s specializiranimi dveletnimi senzorji.

V drugih primerih je priporočljivo uporabljati visoko precizne instrumente z enojnim pretvornikom, za kovine, plastiko, steklo iz steklenih vlaken, kompozite, gume in keramike. Ustvarjeno je veliko različnih senzorjev natančnih naprav, ki lahko merijo s točnostjo ± 0,025 mm ali več, kar presega vrednosti korozijskih števcev.

GOST debeline meril ultrazvočno razvrščajo glede na namen, stopnjo avtomatizacije, zaščito pred zunanjim okoljem, odpornost na mehanske vplive in tudi določa njihove glavne kazalnike.

Vrste pretvornikov

• Kontaktni senzorji se uporabljajo za neposreden stik s preskusnim vzorcem. Meritve z njihovo pomočjo so preproste, zato se uporabljajo najpogosteje.
• Pretvorniki z zakasnitveno črto vsebujejo plastični, epoksidni ali kremenčev valj kot vmesno vez med aktivnim elementom in predmetom, ki se preučuje. Glavni razlog za njihovo uporabo je merjenje tankih predmetov, kjer je pomembno ločiti vzbujevalne impulze od spodnjega odmeva. Linija za zakasnitev lahko služi kot toplotni izolator, ki varuje temperaturno občutljiv element senzorja od neposrednega stika z vročimi materiali. Prav tako se lahko oblikuje tako, da izboljša oprijem na močno konkavni ali ukrivljeni površini.
• Potopni pretvorniki za dobavo zvočne energije izmerjenim elementom uporabljajo vodni stolpec ali kopel. Uporabljajo se za merjenje premikajočih se objektov, za optično branje ali optimiranje adhezije ob prisotnosti ostrih radiusov, žlebov ali kanalov.
• V korozijskih merilnikih se uporabljajo pretvorniki z dvema elementoma, da bi določili širino predmetov s grobo, korodirano površino. Sestavljen je iz ločenega oddajnega in sprejemnega elementa, ki je nameščen v majhnem kotu za zakasnitveno črto, da se energija usmeri na izbrano razdaljo pod površino vzorca, ki se meri. Čeprav takšne meritve niso tako natančne kot pri drugih tipih senzorjev, ponavadi zagotavljajo bistveno večjo učinkovitost.

Merilnik debeline ultrazvočne: navodila

Za pripravo na meritve morate pretvornik priključiti na instrument, ga vklopiti, nastaviti hitrost zvoka in umeriti. Če želite to narediti, uporabite malo material za stike s standardom kalibracije, pritrdite senzor in aktivirajte način kalibriranja. Ta postopek je treba opraviti po zamenjavi pretvornika ali baterij. Možne možnosti kalibracije za znano debelino in hitrost zvoka.

Za izvedbo meritev je potrebno na površino objekta pritrditi kontaktno snov in pritrditi senzor. Rezultat se prikaže na zaslonu. Napravo lahko uporabljate v načinu skeniranja, na primer za iskanje najmanjše debeline materiala. Signal lahko nastavite tudi za zaznavanje lokacije z velikostjo stene, ki je manjša od nastavljene vrednosti.

Za merjenje hitrosti zvoka morate izmeriti predmet s čepom ali mikrometrom, priključiti pretvornik in počakati na rezultat. Po nastavitvi predhodno izmerjene vrednosti pritisnite gumb za shranjevanje podatkov v pomnilniku naprave. Nekatere naprave vam omogočajo prenos rezultatov na računalnik.

Ultrazvočni merilnik debeline: pregledi

Uporabniki cenijo kompaktno velikost, enostavnost uporabe, zanesljivost, enostavnost kalibracije sodobnih naprav. Strokovnjaki ugotavljajo pomanjkanje alternativ za naprave te vrste pri ocenjevanju stanja avtomobilov, kakovosti delovanja karoserije. Naprava vam omogoča, da ugotovite, ali je vozilo prebarvano in ali je bil vpleten v nesrečo. Najbolj priljubljeni so merilniki debeline, ki ne potrebujejo kontaktne tekočine za delovanje in so sposobni samokalibriranja.

Material in obseg

Debelina ultrazvokom, katerega sestavina izbrana v odvisnosti od sestave, merilno območje, geometrije, temperature, zahteve po natančnosti in druge možne pogoje, včasih preprosto nujna.

Vrsta materiala in mejne vrednosti so najpomembnejši dejavniki pri izbiri naprave in pretvorniku. Veliko snovi, vključno z večino kovin, keramike in stekla, zelo učinkovito izvajajo ultrazvočno preiskavo in omogočajo meritve v širokem razponu. Večina plastičnih materialov hitreje absorbira energijo in zato ima bolj omejeno največjo debelino, vendar v večini proizvodnih razmer težave ne povzročajo težav. Guma, steklena vlakna in mnogi sestavljeni materiali precej bolj absorbirajo in zahtevajo velike oddajnike in sprejemnike, optimizirane za delovanje pri nizkih frekvencah.

Debelina določa vrsto pretvornika. Tanki predmeti se merijo pri visokih frekvencah in so debeli ali dušeni pri nizkih frekvencah. Pri zelo tankih materialov zakasnitvenega voda, čeprav so, kot tudi podvodna pretvorniki omejene debeline meritvah zaradi motenj z multiplo odmev. V primeru širokih predmetov ali predmetov, ki so sestavljeni iz več materialov, so morda potrebni senzorji različnih tipov.

Zakrivljenost površine

S povečanjem učinkovitosti ukrivljenosti stične površine med pretvornikom in predmeta, ki se merjeno se zmanjšuje, vendar pa z zmanjševanjem polmera ukrivljenosti treba zmanjšal ločljivost tipala. Merjenje zelo majhnih polmerov lahko zahteva uporabo zamudnih linij ali brezkontaktnih potopnih pretvornikov. Lahko jih uporabimo tudi za meritve v žlebovih, votlinah in drugih krajih z omejenim dostopom.

Temperatura

Kontaktorji se običajno uporabljajo pri temperaturi objekta do 50 ° C. Vroči materiali lahko poškodujejo senzor zaradi učinka toplotna širitev. V takih primerih vedno uporabljajte pretvornike s toplotno odpornim zakasnilnim črto, potopnim ali visokotemperaturnim senzorjem z dvema elementoma.

V nekaterih primerih je objekt z nizko zvočno impedanco (gostota, pomnožena s hitrostjo zvoka) povezan z materialom z višjo zvočno impedanco. Tipični primeri so plastični, gumirani in stekleni premazi iz jekla ali drugih kovin, pa tudi polimerna prevleka iz steklenih vlaken. V tem primeru bo odmik od meje med obema materialoma preobremenjen v fazah - obrnjen glede na odmik od meje z zrakom. To je mogoče popraviti s preprosto spremembo nastavitve instrumenta, vendar če ni nič storjeno, bodo odčitki netočni.

Natančnost

Na natančnost meritev vpliva več dejavnikov, vključno s preverjanjem ultrazvočnih merilnikov debeline in njihovo kalibracijo, hitrosti enotnosti snovi, dušenje in sipanje zvoka, hrapavosti in površinske ukrivljenosti, slaba komunikacija in spodnji vzporednosti. Točnost se najbolje doseže z uporabo standardov znane velikosti. S pravilnim umerjanjem je napaka ultrazvočnega profila debeline ± 0,01 mm in celo ± 0,001 mm. Linije zakasnitve ali potopne senzorje v tretjem načinu povečujejo tudi natančnost meritev.