Debljina mjeri ultrazvučni: princip rada, upute, proizvođači, recenzije

Ultrazvučno mjerenje debljine je nerazorna jednosmjerna metoda za određivanje širine materijala. Brza, pouzdana, svestrana i, za razliku od mikrometra ili čeljusti, ne zahtijeva pristup dvjema stranama objekta. Prvi komercijalni senzori, koji koriste načelo sonara, pojavili su se kasnih četrdesetih godina prošlog stoljeća. Mali prijenosni uređaji, optimizirani za širok raspon aplikacija, postali su uobičajeni u sedamdesetima. I inovacije u području mikroprocesorske tehnologije omogućile su novu razinu točnosti, jednostavnosti i minijaturizacije.

Velik broj poznatih tvrtki bavi se proizvodnjom uređaja. Među njima su njemačka tvrtka Siemens, Američka Dakota Ultrasonics, britanski Cygnus. U Rusiji instrumenti proizvode takve tvrtke kao NPF "AKS", NPK "Luch", NPC "MaxProfit" itd.

Što se može mjeriti?

Gotovo bilo koji konvencionalni strukturni materijal može se mjeriti pomoću ultrazvuk. ultrazvuk senzori se mogu podešavati za metale, plastiku, kompozite, stakloplastike, keramiku i staklo. Također, moguće je mjeriti ekstrudiranu plastiku i valjane proizvode u procesu proizvodnje - pojedinačnih slojeva ili premaza, i višeslojnih proizvoda, tekućina i bioloških uzoraka. Još jedna operacija u kojoj je ultrazvučni mjerač debljine jednostavno potrebno je odrediti debljinu opeke, strukture betona, asfalta i stijena. Takva mjerenja gotovo uvijek nisu destruktivna i ne zahtijevaju rezanje ili demontažu objekta.

Materijali koji nisu prikladni za konvencionalna ultrazvučna mjerenja zbog lošeg prijenosa visokofrekventnih valova uključuju drvo, papir, beton i pjenasti proizvodi.

Kako mjeriti?

Zvučna energija može se generirati u širokom rasponu frekvencija. Zvučni zvuk je u rasponu od 20 do 20 kHz. Što je frekvencija veća, viši je percepcijski ton. Energija veće frekvencije, izvan granica ljudske sluha, zove se ultrazvuk. Najčešće ultrazvučno ispitivanje provodi se u frekvencijski raspon od 500 kHz do 20 MHz, iako neki specijalizirani instrumenti dostižu 50 kHz ili 100 MHz. Bez obzira na frekvenciju, energija zvuka je mehanička oscilacija koja prolazi kroz određeni medij, kao što je zrak ili čelik, u skladu s osnovnim zakonima valne fizike.

Za mjerenja koristite ultrazvučni debljinski mjerač. Načelo uređaja je točno određivanje vremena prolaska impulsa iz male sonde (pretvornika) kroz mjereni objekt, koji se odražava njegovom unutarnjom površinom ili dalekom zidom. Budući da se zvučni valovi reflektiraju iz granica između heterogenih materijala, ovo se mjerenje obično izvodi s jedne strane, u modu "puls / eho".

Sonda sadrži piezoelektrični element koji je uzbuđen kratkim električnim impulsom za generiranje diskretnih ultrazvučnih valova. Oni se šalju na izmjereni materijal i prolaze kroz njega dok se ne sudaraju sa stražnjim zidom ili drugim preprekama. Ogledni val vraća se na senzor koji pretvara mehaničke vibracije u električnu energiju. U suštini, ultrazvučna debljina zvučnika sluša eho s druge strane. Obično je vremenski interval između poslanog i reflektiranog signala tek nekoliko milijunti dio sekunde. Uređaj sadrži informacije o brzina zvuka u materijalu koji se istražuje, iz kojeg može izračunati debljinu, jednostavnim matematičkim odnosom: d = V t / 2, gdje:

• d je debljina sekcije;
• V je brzina zvuka;
• t je mjereno vrijeme tranzita zvuka.

Važan parametar

Važno je napomenuti da je brzina zvuka u objektu koji se razmatra bitan dio ovog izračuna. Različiti materijali prenose zvučne valove na različite načine. U pravilu, u krutinama je veći, a kod mekih tvari manji je. Osim toga, može se znatno razlikovati od temperature. Uvijek je potrebno kalibrirati ultrazvučne debljine do brzine u materijalu koji se mjeri, što izravno utječe na točnost čitanja instrumenta.

Zvučni valovi u rasponu megahercta kroz zrak prolaze slabo, tako da se poboljšava prijenos zvuka između radijatora i uzorka stavlja se kap tekućine za povezivanje. Uobičajeno se koriste kao kontaktna tekućina glicerin, propilen glikol, voda, ulje i gel. Mala količina tekućine dovoljna je za ispunjavanje iznimno tankog zračnog raspora.

Načini mjerenja

Proizvođači ultrazvučnih mjerača debljine mjere vremenski interval prolaza energije kroz ispitni uzorak na tri načina:

1. Interval između ekscitacijskog impulsa, koji stvara zvučni val i povratak prvog odjeka, umanjen za malu offset vrijednost koja nadoknađuje kašnjenje u instrumentu, kabelu i pretvorniku.
2. Vremenski interval između vraćene eho iz površine uzorka i odraza prvog odjeka.
3. Jaz između dva uzastopna donjeg odjeka.

Izbor načina, u pravilu, diktira vrstu pretvarača, kao i specifične zahtjeve aplikacije. Prvi način rada koristi se s kontaktnim senzorom i preporuča se za većinu aplikacija. U drugom slučaju, postoje linije za odgađanje ili uronjeni pretvornici koji se koriste na konveksnim i konkavnim površinama, u zatvorenim prostorima, za mjerenje pokretnih materijala ili predmeta s visokom temperaturom.

Treći način rada također koristi linije odgađanja ili podmorski senzori i, u pravilu, osigurava visoku točnost i najbolju minimalnu razlučivost debljine. Obično se koristi kada je kvaliteta mjerenja u prvom ili drugom modu nezadovoljavajuća. Međutim, ovaj posljednji način prikladan je samo za materijale koji proizvode čiste više odjeka, obično s niskim indeksom prigušenja, kao u sitnozrnatih metala, stakla, keramike.

Dvije vrste uređaja

Debljina metara ultrazvučni, u pravilu, podijeljeni su u dvije vrste: korozivne i precizne. Jedna od najvažnijih primjena je određivanje preostale širine zidova metalnih cijevi, spremnika, strukturnih dijelova i tlačnih posuda koji su osjetljivi na unutarnju koroziju i ne mogu se vidjeti izvana. Predviđene su debljine ultrazvučne korozije u tu svrhu. Oni koriste tehnike obrade signala koji su optimizirani za otkrivanje minimalne širine preostale šupljine u grubim i zahrđalim uzorcima s specijaliziranim senzorima s dva elementa.

U drugim se slučajevima preporučuje korištenje visoko preciznih instrumenata s jednim konvertorom, za metale, plastiku, stakloplastike, kompozite, gumu i keramiku. Napravljeno je mnogo različitih senzora preciznih uređaja koji su sposobni za mjerenje s točnošću od ± 0,025 mm i više, što premašuje vrijednosti korozijskih mjerača.

GOST debljine za mjerenje ultrazvučnih razvrstava prema namjeni, stupnju automatizacije, zaštiti od vanjskog okruženja, otpornosti na mehaničke utjecaje, a također određuje njihove glavne pokazatelje.

Vrste pretvornika

• Kontaktni senzori se koriste za izravni kontakt s testnim uzorkom. Mjerenja uz pomoć su jednostavna, stoga se najčešće koriste.
• Pretvornici s linijom za odgađanje sadrže plastični, epoksidni ili kvarcni cilindar kao međupovezanost između aktivnog elementa i objekta koji se istražuje. Glavni razlog njihova korištenja je mjerenje tankih predmeta, gdje je važno odvojiti ekscitacijske impulse od donjih odjeka. Linija za kašnjenje može poslužiti kao izolator topline, štiteći senzor osjetljive elemente od izravnog kontakta s vrućim materijalima. Također se može oblikovati kako bi se poboljšalo prianjanje na oštrim konkavnim ili zakrivljenim površinama.
• Zamrljivi pretvornici za opskrbu zvučne energije mjerenom elementu koriste vodeni stup ili kupku. Koriste se za mjerenje pokretnih predmeta, skeniranje ili optimiziranje prianjanja u prisutnosti oštrih radijusa, utora ili kanala.
• Mjerila s dva elementa koriste se u mjeračima korozije kako bi se odredila širina objekata s grubom, korodiranom površinom. Oni se sastoje od zasebnog elementa za odašiljanje i prijam koji se postavlja pod malim kutom prema liniji za odgađanje kako bi se energija fokusirala na odabranu udaljenost ispod površine uzorka koji se mjeri. Iako takva mjerenja nisu toliko točna kao one drugih tipova senzora, oni imaju tendenciju da daju znatno veću učinkovitost.

Debljina mjerač ultrazvučni: upute

Da biste se pripremili za mjerenja, morate priključiti pretvarač na instrument, uključiti ga, podesiti brzinu zvuka i kalibrirati. Da biste to učinili, nanesite mali kontakt materijal u standard umjeravanja, pričvrstite senzor i aktivirajte način kalibracije. Ovaj postupak mora se izvršiti nakon zamjene pretvarača ili baterija. Moguće mogućnosti umjeravanja za poznatu debljinu i brzinu zvuka.

Za provođenje mjerenja, potrebno je nanijeti kontaktnu tvar na površinu objekta i pričvrstiti senzor. Rezultat je prikazan na zaslonu. Na primjer, moguće je koristiti uređaj u načinu rada za skeniranje kako bi se tražila najmanja debljina materijala. Također možete postaviti signal za otkrivanje lokacije s veličinom zida manje od zadane vrijednosti.

Da biste izmjerili brzinu zvuka, morate mjeriti objekt s čeljusti ili mikrometrom, pričvrstite pretvarač i pričekajte rezultat. Nakon namještanja prethodno izmjerene vrijednosti pritisnite gumb za spremanje podataka u memoriju uređaja. Neki uređaji omogućuju vam prijenos rezultata na računalo.

Ultrazvučna mjerač debljine: recenzije

Korisnici cijene kompaktnu veličinu, jednostavnost korištenja, pouzdanost i jednostavnost kalibracije suvremenih uređaja. Stručnjaci ističu nedostatak alternativa za uređaje ove vrste u procjeni stanja automobila, kvalitetu izvedbe karoserije. Uređaj vam omogućuje da odredite je li vozilo premazano i bilo je li uključeno u nesreću. Debljinski mjerači, koji ne zahtijevaju kontaktnu tekućinu za rad i koji su sposobni za samokalibraciju, najpopularniji su.

Materijal i raspon

Ultrazvučni debljina, čiji je princip se bira ovisno o sastavu, mjerno područje, geometrija, temperatura, zahtjeve za točnošću i drugih mogućih stanja, ponekad samo neophodan.

Vrsta materijala i granice mjerenja najvažniji su čimbenici prilikom odabira uređaja i pretvornika. Mnoge tvari, uključujući većinu metala, keramike i stakla, vrlo učinkovito obavljaju ultrazvuk i omogućavaju mjerenja u širokom rasponu. Većina plastike apsorbira energiju brže i stoga ima ograničeniju maksimalnu debljinu, no u većini proizvodnih situacija problemi ne uzrokuju probleme. Gumeni, stakloplastični i mnogi kompozitni materijali apsorbiraju puno više i zahtijevaju velike odašiljače i prijemnike optimizirane za rad na niskim frekvencijama.

Debljina određuje vrstu pretvarača. Tanki objekti se mjere pri visokim frekvencijama, a debeli ili prigušeni pri niskim frekvencijama. Za vrlo tanke upotrijebljenih materijala linija za kašnjenje, iako su oni, kao i podvodni pretvarači ograničena debljine mjerenja zbog smetnji od multiple jeka. U slučaju velikih objekata ili objekata koji se sastoje od nekoliko materijala, potrebni su senzori različitih tipova.

Zakrivljenost površine

S povećanjem zakrivljenosti površine smanjuje se učinkovitost kontakata između pretvarača i izmjerenog objekta, tako da se smanjenjem radijusa zakrivljenosti senzor smanjuje. Mjerenje vrlo malih radijusa može zahtijevati upotrebu linija za odgađanje ili beskontaktnih pretvarača uranjanja. Mogu se koristiti i za mjerenja u utorima, šupljinama i drugim mjestima s ograničenim pristupom.

temperatura

Konverteri za kontakte općenito su primjenjivi pri temperaturi objekta do 50 ° C. Čvršće materijale mogu oštetiti senzor zbog učinka toplinsko širenje. U takvim slučajevima uvijek koristite pretvornike s odsječkom za odgađanje otpornih na toplinu, uronjenjem ili visokotemperaturnim senzorima s dva elementa.

U nekim slučajevima objekt s niskom akustičkom impedancijom (gustoća pomnožen brzinom zvuka) povezan je s materijalom s većom akustičkom impedancijom. Tipični primjeri su plastični, gumeni i stakleni premazi od čelika ili drugih metala, kao i polimerne prevlake od fiberglasa. U ovom slučaju, odjek granice između dva materijala bit će obrnut u fazi - obrnut u odnosu na odjek od granice s zrakom. To se može ispraviti jednostavnim mijenjanjem postavke instrumenta, ali ako ništa nije učinjeno, očitanja će biti netočna.

greška

Na mjestu točnost mjerenja pod utjecajem mnogih čimbenika, uključujući provjeru ultrazvučnih debljine mjerila i njihove kalibracije, brzine ujednačenosti tvari, prigušenja i raspršenja zvuka, grubosti površine i površine zakrivljenosti, loše komunikacije i donje paralelizma. Točnost se najbolje postiže korištenjem standarda poznate veličine. Uz pravilnu kalibraciju pogreške ultrazvučnog debljine ± 0,01 mm i čak ± 0,001 mm. linija za kašnjenje ili potapanja sonde u trećem načinu i poboljšati točnost mjerenja.