Paksuusmittarit ultraääni: käyttöperiaate, ohjeet, valmistajat, arvostelut

Ultrasonic paksuuden mittaus on ainetta rikkomaton yksipuolinen menetelmä materiaalin leveyden määrittämiseksi. Se on nopea, luotettava ja monipuolinen, eikä mikrometri tai paksuus, ei vaadi pääsyn kohteen kahteen puoleen. Ensimmäiset kaupalliset anturit, jotka käyttävät sonar-periaatetta, ilmestyivät 1940-luvun lopulla. Pienet kannettavat laitteet, jotka on optimoitu monenlaisiin sovelluksiin, yleistyivät 1970-luvulla. Ja mikroprosessoritekniikan innovaatiot ovat mahdollistaneet uuden tason tarkkuuden, yksinkertaisuuden ja pienentämisen.

Laitteiden tuotantoon osallistuu suuri määrä tunnettuja yrityksiä. Niistä - Saksalainen yritys Siemens, American Dakota Ultrasonics, British Cygnus. Venäjällä laitteita tuottavat yritykset NPF "AKS", NPK "Luch", NPC "MaxProfit" jne.

Mitä voidaan mitata?

Lähes kaikki perinteiset rakennemateriaalit voidaan mitata ultraäänellä. Ultraääniantureita voidaan virittää metallien, muovien, komposiittien, lasikuitujen, keramiikan ja lasin kanssa. Myös tuotantoprosessissa voidaan mitata suulakepuristettuja muoveja ja valssattuja tuotteita - sekä yksittäisiä kerroksia että pinnoitteita ja monikerroksisia tuotteita, nesteitä ja biologisia näytteitä. Toinen toiminto, jossa ultraäänipaksuusmittari on yksinkertaisesti välttämätöntä, on määrittää tiilien, betonirakenteiden, asfalttien ja kivien paksuus. Tällaiset mittaukset ovat lähes aina tuhoamattomat eivätkä vaadi kohteen leikkaamista tai purkamista.

Materiaaleja, jotka eivät sovellu tavanomaisiin ultraäänimittauksiin, johtuen suurtaajuuslähetysten heikosta lähettämisestä, ovat puu, paperi, betoni ja vaahdotetut tuotteet.

Kuinka mitata?

Äänienergiaa voidaan tuottaa monilla taajuuksilla. Ääniääni on alueella 20-20 kHz. Mitä korkeampi taajuus, sitä korkeampi havaittu sävy. Suuremman taajuuden energiaa ihmisen kuulemisen rajoissa kutsutaan ultraääneksi. Useimmiten ultraäänitestaus suoritetaan taajuusalueella 500 kHz - 20 MHz, vaikka jotkut erikoistuneet instrumentit saavuttavat 50 kHz tai 100 MHz. Taajuudesta riippumatta äänienergia on mekaanisia oskillaatioita, jotka kulkevat tietyssä väliaineessa, kuten ilmassa tai teräksessä, aaltojen fysiikan peruslainsäädännön mukaisesti.

Mittauksissa käytetään ultraäänipaksuusmittaria. Laitteen periaate on laskea tarkasti pulssin kulkuaika pienestä koettimesta (muunnin) mitatun esineen kautta, joka heijastuu sen sisäpinnalla tai kauas seinämällä. Koska ääniaallot heijastuvat heterogeenisten materiaalien välisestä rajasta, tämä mittaus suoritetaan yleensä yhdeltä puolelta, pulssi / kaiku-tilassa.

Anturi sisältää pietsosähköisen elementin, jota lyhyt sähköpulssi innoissaan tuottaa diskreetteja ultraääni-aaltoja. Ne lähetetään mitattavaan materiaaliin ja kulkevat sen läpi, kunnes ne törmäävät takaseinään tai muuhun esteeseen. Heijastunut aalto palaa anturiin, joka muuntaa mekaaniset tärinät sähköenergiaksi. Pohjimmiltaan ultraäänipaksuusmittarit kuuntelevat kaikua vastakkaiselta puolelta. Yleensä lähetetyn ja heijastuneen signaalin välinen aika on vain muutama miljoonasosa sekunnista. Laite kirjaa äänen nopeuden tutkittavalle aineelle, josta se voi laskea paksuuden käyttäen yksinkertaista matemaattista suhdetta: d = V t / 2, missä:

• D on osan paksuus;
• V on äänen nopeus;
• T on mitattu äänen kulkuaika.

Tärkeä parametri

On tärkeää huomata, että äänen nopeus tutkittavalla kohteella on olennainen osa tätä laskentaa. Eri materiaalit lähettävät ääniaaltoja eri tavoin. Kiinteissä aineissa se on yleensä suurempi ja pehmeissä aineissa se on pienempi. Lisäksi se voi vaihdella huomattavasti lämpötilan mukaan. On aina välttämätöntä kalibroida ultraäänipaksuusmittareita mitattavaan materiaaliin, mikä suoraan vaikuttaa instrumenttien lukemien tarkkuuteen.

Ääniaallot megahertsialueella ilman läpi kulkevat huonosti, joten parantamaan äänen voimakkuutta säteilijän ja näytteen välillä sijoitetaan pisara liitosneste. Yleensä glyseroliä, propyleeniglykolia, vettä, öljyä ja geeliä käytetään kontaktinesteenä. Pieni määrä nestettä riittää äärimmäisen ohut ilmavälin täyttämiseen.

Mittaustilat

Ultraäänipaksuusmittareiden tuottajat mittaavat ajan kulumista energian kulkemiselle testinäytteen läpi kolmella tavalla:

1. Kiihdepulssien välinen kuilu, joka tuottaa ääniaallon ja ensimmäisen kaiun paluu, miinus pieni offset-arvo, joka kompensoi instrumentin, kaapelin ja anturin viiveen.
2. Palautetun kaikuajan välinen aika näytteen pinnasta ja ensimmäisen kaiun heijastuminen.
3. Kahden peräkkäisen pohja kaiku.

Moodin valinta määrää pääsääntöisesti muuntimen tyypin sekä sovelluksen erityisvaatimukset. Ensimmäistä toimintatilaa käytetään kosketussensorin kanssa, ja sitä suositellaan useimmille sovelluksille. Toisessa sovelluksessa on viivekäyrä- tai upotusantureita, joita käytetään kuperilla ja koverilla pinnoilla rajoitetussa tilassa liikkuvan materiaalin tai korkean lämpötilan mittaamiseksi.

Kolmas tila käyttää myös viiveitä tai upotettavia antureita ja yleensä antaa korkean tarkkuuden ja parhaan minimipituuden. Sitä käytetään yleensä silloin, kun mittausten laatu ensimmäisessä tai toisessa tilassa on epätyydyttävä. Viimeksi mainittu tila soveltuu kuitenkin vain materiaaleihin, jotka tuottavat puhtaita useita kaikuja, tavallisesti alhaisella vaimennusindeksillä, kuten hienojakoisissa metalleissa, lasissa ja keramiikoissa.

Kaksi erilaista laitetta

Paksuusmittarit ovat yleensä kahdentyyppisiä: korroosiota ja tarkkuutta. Yksi niiden tärkeimmistä sovelluksista on määrittää metalliputkien, säiliöiden, rakenteellisten osien ja paineastioiden seinämän jäännösleveys, jotka ovat alttiita sisäiselle korroosiolle ja joita ei voida nähdä ulkopuolelta. Tätä tarkoitusta varten tarkoitetaan paksuudeltaan ultrasonic-korroosiota. Ne käyttävät signaalinkäsittelytekniikoita, jotka on optimoitu minimoimaan jäännösseinän leveyden karkeissa ja ruostuneissa näytteissä erikoistuneilla kaksielementtisillä antureilla.

Muissa tapauksissa on suositeltavaa käyttää korkean tarkkuuden omaavia instrumentteja, joissa on yksittäisiä muuntimia metallien, muovien, lasikuitujen, komposiittien, kumin ja keramiikan osalta. On luotu paljon erilaisia tarkkuuslaitteiden antureita, jotka voidaan mitata tarkkuudella ± 0,025 mm ja korkeammat, mikä ylittää korroosion mittareiden arvot.

GOST-paksuusmittarit luokitellaan käyttötarkoituksen, automaation asteen, ympäristönsuojeluvastuksen, mekaanisten vaikutusten kestävyyden mukaan ja määrittelevät myös pääindikaattorit.

Muuntimien tyypit

• Kosketusantureita käytetään suoraan kosketukseen testinäytteen kanssa. Mittaukset niiden avulla ovat yksinkertaisia, joten niitä käytetään useimmiten.
• Viivilinjalla varustetut muuntimet sisältävät muovi-, epoksi- tai kvartsisylinteri välituotoksena aktiivisen elementin ja tutkittavan kohteen välille. Tärkein syy niiden käyttöön on ohuiden esineiden mittaus, jossa on tärkeää erottaa herätepulssit alhaalta koosignaaleilta. Viivilinjalla voi olla lämpöeristys, joka suojaa anturin lämpötilaherkkiä elementtejä suorasta kosketuksesta kuumien materiaalien kanssa. Sitä voidaan myös muotoilla parantamaan pitoa jyrkästi koverilla tai kaarevilla pinnoilla.
• Uppoasenteiset muuntimet ääneneristeen toimittamiseksi mitattuun osaan käyttävät vesipatsaaseen tai kylpyyn. Niitä käytetään mittaamaan liikkuvia kohteita, skannaamaan tai optimoimaan adheesiota terävien säteiden, urien tai kanavien läsnä ollessa.
• Korroosion mittareissa käytetään kahta elementtiä, joiden avulla määritetään esineiden leveys karkealla, syöpyneellä pinnalla. Ne koostuvat erillisestä lähetys- ja vastaanottoelementistä, jotka on asennettu pieneen kulmaan viivilinjalla, keskittää energiaa valitulla etäisyydellä mitattavan näytteen pinnan alapuolella. Vaikka tällaiset mittaukset eivät ole yhtä tarkkoja kuin muiden tyyppisten antureiden, ne yleensä tarjoavat huomattavasti parempaa suorituskykyä.

Paksuusmittari ultraääni: opetus

Mittausten valmistelemiseksi on kytkettävä invertteri laitteeseen, kytkettävä se päälle, asetettava äänen nopeus ja kalibroitava. Tätä varten sovita pieni kosketusmateriaali kalibrointistandardiin, kiinnitä anturi ja kytke kalibrointitila päälle. Tämä menettely on suoritettava vaihdon tai paristojen vaihtamisen jälkeen. Mahdolliset kalibrointivaihtoehdot tunnetun paksuuden ja äänen nopeuden osalta.

Mittausten suorittamiseksi on välttämätöntä kiinnittää kosketusaine esineen pintaan ja liittää anturi. Tulos näkyy näytöllä. Laitetta voidaan käyttää skannaustilassa esimerkiksi etsimällä pienintä materiaalin paksuutta. Voit myös asettaa signaalin havaitsemaan paikan, jonka seinäkoko on pienempi kuin asetettu arvo.

Äänen nopeuden mittaamiseksi sinun on mitattava objekti paksulla tai mikrometrillä, kiinnitä muunnin ja odottaa tulosta. Kun olet asettanut aiemmin mitatun arvon, paina painiketta tallentaaksesi tiedot instrumentin muistiin. Joissakin laitteissa voit siirtää tuloksia tietokoneelle.

Ultraäänipaksuusmittari: arvostelut

Käyttäjät arvostavat nykyaikaisten laitteiden kompakti koko, helppokäyttöisyys, luotettavuus ja helppokäyttöisyys. Asiantuntijat huomaavat, että tällaisten laitteiden vaihtoehtojen puute autojen kunnon arvioinnissa, korin suorituskyvyn laadussa. Laitteen avulla voit määrittää, onko auto maalattu ja onko se ollut onnettomuus. Paksuusmittarit, jotka eivät vaadi käyttölämpötilaa ja jotka pystyvät itse kalibroimaan, ovat suosituimpia.

Materiaali ja alue

Ultraäänipaksuusmittari, jonka toimintaperiaate valitaan koostumuksesta, mittausalueesta, geometriasta, lämpötilasta, tarkkuusvaatimuksista ja muista mahdollisista olosuhteista riippuen, on joskus korvaamaton.

Materiaalityyppi ja mittausrajat ovat laitteen ja muuntimen valinnassa tärkeimmät tekijät. Monet aineet, mukaan lukien useimmat metallit, keramiikka ja lasi, suorittavat erittäin tehokkaasti ultraäänitutkimuksia ja sallivat mittausten tekemisen laajalla alueella. Useimmat muovit absorboivat energiaa nopeammin, ja siksi niillä on rajoitetumpi paksuusalue, mutta useimmissa tuotanto-tilanteissa ongelmat eivät aiheuta ongelmia. Kumi, lasikuitu ja monet komposiittimateriaalit imevät paljon enemmän ja vaativat suuria lähettimiä ja vastaanottimia, jotka on optimoitu toimimaan matalilla taajuuksilla.

Paksuus määrittää muuntimen tyypin. Ohut objekti mitataan suurilla taajuuksilla ja paksu tai vaimennettu matalilla taajuuksilla. Hyvin ohuille materiaaleille käytetään viivästystä, vaikka ne, samoin kuin upotettavat muuntimet, on paksuudeltaan rajoitettu monokokojen häiriöiden vuoksi. Laajojen esineiden tai esineiden, jotka koostuvat useista materiaaleista, saattaa olla tarpeen käyttää erityyppisiä antureita.

Pinnan kaarevuus

Pintojen kaarevuuden kasvaessa kosketinten tehokkuus muuntimen ja mitatun kohteen välillä pienenee, joten kaarevuussäteen pienentämiseksi anturin kokoa on pienennettävä. Pienien säteiden mittaaminen voi vaatia viivästöjen tai kontaktittomien upotusmuuntimien käyttöä. Niitä voidaan myös käyttää mittauksiin urissa, onteloissa ja muissa paikoissa, joilla on rajoitettu pääsy.

lämpötila

Kontaktin invertterit ovat yleisesti sovellettavissa jopa 50 ° C: n lämpötilaan. Kuumempaa materiaalia voi vahingoittaa anturia lämpölaajenemisen vaikutuksesta. Tällöin käytä aina muuntajia, joissa on lämmönkestävä viivästyslinja, upotus tai korkea lämpötila-anturi, jossa on kaksi elementtiä.

Joissakin tapauksissa objekti, jolla on alhainen akustinen impedanssi (tiheys kerrottuna äänen nopeudella), on kytketty materiaaliin, jolla on korkeampi akustinen impedanssi. Tyypillisiä esimerkkejä ovat muovi-, kumi- ja lasipinnoitteet teräksestä tai muista metalleista sekä lasikuitu polymeeripinnoitteesta. Tässä tapauksessa kummankin materiaalin välisen rajan kaiku on vaiheenkäänteinen - käänteinen suhteessa kaikuun rajalta ilman kanssa. Tämä voidaan korjata yksinkertaisesti muuttamalla instrumentin asetusta, mutta jos mitään ei tehdä, lukemat ovat epätarkkoja.

virhe

Mittareiden tarkkuuteen vaikuttavat monet tekijät, mukaan lukien ultraäänipaksuusmittareiden tarkistaminen, niiden kalibrointi, aineen nopeuden tasaisuus, äänen vaimennus ja sironta, pinnan karheus ja kaarevuus, huono kytkentä ja pohjan ei-rinnakkaisuus. Tarkkuus saavutetaan parhaiten käyttämällä tunnettuja koon standardeja. Oikealla kalibroinnilla ultraäänipaksuusmittarin virhe on ± 0,01 mm ja jopa ± 0,001 mm. Viivästys- tai upotusantureiden kolmannet toimintatilat lisäävät myös mittausten tarkkuutta.