Ultrazvukové tloušťkoměry

Ultrazvukové přístroje pro měření tloušťky

Používají se ultrazvukové tloušťkoměry změřte tloušťku materiálů přístupem pouze z jedné strany stěny pomocí ultrazvukových vln.

Když je materiálem vyslána ultrazvuková vlna, tento signál je odráží od zadní stěny materiálu a přijatá sondou měřicího přístroje. Lze použít zpoždění mezi odesláním a přijetím signálu vypočítat tloušťku materiálu.

Aby bylo možné měřit tloušťku stěny ultrazvukovým měřidlem, musí být materiál homogenní a kompaktní. Téměř všechny kovy jsou vhodné pro měření pomocí ultrazvukového tloušťkoměru, jakož i dalších materiálů, jako je sklo, plasty a dokonce i některé typy pryže.

Ultrazvukový tloušťkoměr se používá v preventivní údržbě, v běžné údržbě, během nedestruktivních zkoušek nebo při přejímání materiálů během výroby.

Výběr ultrazvukového měřiče musí být proveden podle aplikace, která má být adresována. Můžete si vybrat nástroje s generickou sondou, vhodné pro mnoho aplikací, nebo nástroje s vyměnitelnými sondami, které lze přizpůsobit konkrétním aplikacím (vysoká teplota, přítomnost barev, velká měřící plocha, materiály zvláště obtížné měřit kvůli střední a nízké hodnotě hustota).

Ultrazvukové tloušťkoměry s numerickým displejem

Ultrazvukové tloušťkoměry s grafickým displejem

Ultrazvukové tloušťkoměry pro použití pod vodou

TECHNICKÁ DEPTH

Typické aplikace

Nejběžnější aplikace, ve kterých se používají ultrazvukové tloušťkoměry, jsou měření hladiny koroze u kovových výrobků (tanky, lodní trupy, jeřáby, portály, potrubí, tanky a plachty obecně).

Zkorodovaný kov nese ultrazvukové vlny, protože obsahuje vzduch.

Použitím ultrazvukového tloušťkoměru lze snadno měřit tloušťku nekorodované části kovu.

To je zvláště užitečné, když zadní strana materiálu je mimo dosah, což je případ mnoha lodních trupů, trubek a nádrží.

Další běžné aplikace jsou měření tloušťky stěn plastových a skleněných lahví, kovových plechovek nebo plastových nádob. 

Rozpětí ultrazvukových tloušťkoměrů

RODER nabízí tři různé řady nástrojů:

• Ultrazvukové tloušťkoměry s numerickým displejem (vhodné pro aplikace pro měření tloušťky a korozi)

• Ultrazvukové tloušťkoměry s grafickým displejem (s funkcemi A-scan / B-scan a grafickým zobrazením křivky ultrazvuku a relativních ozvěn)

• Tloušťkoměry pro podvodní aplikace

Pracovní princip ultrazvukových tloušťkoměrů

Ultrazvukový tloušťkoměr je nástroj používaný k nedestruktivní detekci tloušťky vodivých materiálů ultrazvuku. První aplikace pocházejí z 60. let.

Současné ultrazvukové měřicí přístroje, i když používají modernější snímací systémy a pokročilejší a úplnější vizuální rozhraní, využívají stejný fyzikální princip jako první měřicí přístroje postavené v minulém století.

Ultrazvukové tloušťkoměry určují tloušťku materiálu přesným měřením času, který ultrazvukový pulz generovaný piezoelektrickým měničem překročí tloušťku materiálu a vrátí se ke svému zdroji. Čas potřebný pro zpoždění zvukové vlny se rozdělí na polovinu a pak se vynásobí rychlostí šíření zvuku vztaženého k tomuto konkrétnímu materiálu.

Převodník obsahuje piezoelektrický prvek, který je vzrušen krátkým elektrickým impulsem pro generování řady ultrazvukových vln. Zvukové vlny jsou spojeny s testovaným materiálem a prochází jím, dokud nenarazí na zadní stěnu nebo jiný typ materiálu (vzduch, voda, rez, smalt atd.). Odrazy pak putují zpět do převodníku, který přeměňuje zvukovou energii na elektrickou energii. Převodník v podstatě zachycuje ozvěnu z opačné strany. Obvykle je tento časový interval několik milionů vteřin. Ultrazvukový tloušťkoměr je programován rychlostí zvuku ve zkoušeném materiálu, a proto může vypočítat tloušťku pomocí jednoduché matematické zprávy

T = V x (t / 2)

holubice

T = tloušťka stěny

V = rychlost zvuku ve zkoušeném materiálu

t = doba přepravy trasy

V některých případech se odečítá nulová odchylka, aby se zohlednila pevná zpoždění nástroje a zvukové dráhy (např. Vzdálenost mezi ultrazvukovým překladačem a bodem spojení sondy s materiálem).

Je důležité si uvědomit, že rychlost zvuku ve zkušebním materiálu je podstatnou součástí tohoto výpočtu. Různé materiály přenášejí zvukové vlny různými rychlostmi, zpravidla rychleji u tvrdých materiálů a pomaleji u měkkých materiálů. Kromě toho se rychlost zvuku může významně měnit s teplotou. Proto je vždy nutné kalibrovat ultrazvukový tloušťkoměr na rychlost zvuku v měřeném materiálu a přesnost může být pouze tak dobrá jako tato konkrétní kalibrace. K tomu obvykle dochází s odkazem na ukázkový objekt, jehož tloušťka je známá a certifikovaná. V případě měření vysokých teplot je také nutné pamatovat na to, že rychlost zvuku klesá s teplotou, takže pro maximální přesnost by se referenční měření mělo provádět při stejné teplotě jako „polní“ zkouška.

Vysoké kmitočtové kmitočty překladače mají kratší vlnovou délku, což umožňuje měření tenčích materiálů. Nižší frekvence s větší vlnovou délkou pronikají dále a používají se k testování velmi silných vzorků nebo materiálů, které procházejí obtížněji, jako jsou skleněná vlákna a hrubozrnné roztavené kovy (např. Litina), kde zvukové vlny mají méně efektivní tranzit. Výběr optimální testovací frekvence často zahrnuje vyvážení těchto dvou požadavků (rozlišení a schopnost penetrace).

Zvukové vlny v rozsahu megahertzů necestují vzduchem efektivně, takže se mezi převodníkem a vzorkem používá kapka spojovací kapaliny, aby se dosáhlo dobrého přenosu zvuku. Běžnými vazebnými látkami jsou glycerin, propylenglykol, voda, olej a gel. Je potřeba jen malé množství, jen tolik, aby vyplnil extrémně tenký prostor, který se vytváří mezi měničem a měřeným materiálem.

Výhody ultrazvukového měření

Změřte na jedné straně materiálu

Ultrazvukové tloušťkoměry se často používají v situacích, kdy má operátor přístup pouze k jedné straně materiálu, jako například v případě potrubí nebo potrubí, nebo v případech, kdy jednoduché mechanické měření není možné nebo nepraktické z jiných důvodů, jako je velikost nadměrná konstrukce, omezení přístupu nebo mechanická nepraktičnost (např. ve středu velkých listů nebo na cívkách listů, kde jsou zákruty navíjeny jedna na druhou). Jedním z hlavních výhod této technologie je jednoduchá skutečnost, že měření tloušťky pomocí ultrazvukové technologie lze snadno a rychle provést na jedné straně, aniž by bylo třeba řezat součásti.

Nedestruktivní opatření

Není třeba řezání nebo dělení částí, což šetří náklady na šrot a přípravu vzorku.

Vysoce spolehlivý

Moderní digitální ultrazvukové měřicí přístroje jsou velmi přesné, opakovatelné a spolehlivé av mnoha případech vhodné i pro použití nekvalifikovaným personálem.

Univerzální

Téměř všechny běžné technické materiály lze měřit s příslušnými konfiguracemi: kovy, mnoho plastů, kompozity, skleněná vlákna, sklo, uhlíková vlákna, keramika a guma. 
Většina ultrazvukových tloušťkoměrů může být předem naprogramována s několika účely použití

Široký rozsah měření

K dispozici jsou ultrazvuková měřidla pro rozsahy měření od 0,2 mm do 500 mm v závislosti na materiálu a typu snímače. Lze dosáhnout rozlišení až 0,001 mm.

Snadné použití

Převážná většina aplikací využívajících ultrazvukové tloušťkoměry vyžaduje jednoduché předprogramované konfigurace a pouze malou část interakce obsluhy.

Okamžitá reakce

Ultrazvukové měření se obvykle provádí za pouhou jednu nebo dvě sekundy pro každý měřený bod a numerické výsledky se okamžitě zobrazují prostřednictvím digitálního čtení displeje.

Kompatibilní s programy protokolování dat a statistické analýzy

Většina moderních přenosných ultrazvukových tloušťkoměrů nabízí jak lokální datalogger pro měření dat, tak jakýkoli port USB nebo RS232 pro přenos měření do externího počítače pro uložení a další analýzu.

Výběr sondy a nástroje

Pro každou aplikaci měření ultrazvukem je výběr vhodného nástroje a převodníku zásadní na základě typu testovaného materiálu, rozsahu jeho tloušťky, míry přesnosti požadované měřením. Je také nutné vzít v úvahu geometrii dílu, teplotu a jakékoli další zvláštní okolnosti, které mohou ovlivnit nastavení zkoušky.

Obecně je nejlepší sondou pro každý typ měření ta, která dokáže vyslat dostatečnou ultrazvukovou energii do materiálu, přičemž se musí brát v úvahu, že přístroj musí dostávat adekvátní zpětnou ozvěnu. Faktory, které ovlivňují šíření ultrazvuku, jsou rozmanité.

Síla výstupního signálu

Čím silnější je výstupní signál, tím silnější je detekovat a zpracovat zpětná ozvěna. Tento parametr v podstatě závisí na velikosti složky sondy emitující ultrazvuk a na rezonanční frekvenci převodníku.

Velký emisní povrch, kombinovaný s velkým spojovacím povrchem s testovaným materiálem, vyšle do materiálu větší množství energie než menší emisní oblast.

Absorpce a disperze

Když ultrazvuk prochází materiálem, část emitované energie je absorbována samotným materiálem. Pokud má materiál vzorku zrnitou strukturu, bude ultrazvuková vlna podléhat dispergačnímu a útlumovému efektu. Oba jevy způsobují snížení ultrazvukové energie a následně schopnost nástroje vnímat zpětnou ozvěnu. Vysokofrekvenční ultrazvuk trpí více rozptylovými efekty než vlny s nižší frekvencí.   

Teplota materiálu

Rychlost šíření zvuku v materiálu je nepřímo úměrná jeho teplotě. Je-li nezbytné měřit vzorky s vysokou povrchovou teplotou až do maxima 350 ° C, musí být použity sondy určené speciálně pro měření vysoké teploty. Tyto konkrétní sondy jsou konstruovány pomocí speciálních procesů a materiálů, které jim umožňují odolávat fyzickému stresu při vysokých teplotách bez poškození.

Spojení sond / povrchu

Dalším velmi důležitým parametrem je spojení mezi zkoušeným povrchem a špičkou sondy. Dobrá přilnavost mezi oběma povrchy zajišťuje, že přístroj pracuje nejlépe a poskytuje spolehlivé a realistické měření. Z tohoto důvodu se doporučuje před každým měřením zajistit, aby povrch a sonda neobsahovaly prach, zbytky a nečistoty.

Pro zajištění vynikajícího spojení a odstranění tenké vrstvy vzduchu mezi sondou a povrchem je nutné použít spojovací kapalinu.

Typ sondy

Všechny převodníky, které se běžně používají s ultrazvukovými spárovými měřidly, obsahují rezonanční keramický prvek a liší se ve způsobu, jakým je tento překladač spojen s testovaným materiálem.

Kontaktní snímače: Kontaktní snímače se používají v přímém kontaktu se vzorkem. Tenká „ochranná deska“ chrání aktivní prvek před poškozením při běžném používání. Měření kontaktních snímačů jsou často nejjednodušší a jsou obvykle prvním způsobem, jak jít pro většinu aplikací měření tloušťky nebo koroze.

Měniče DELAY LINE: Snímače zpožďovacího potrubí obsahují plastový válec, obvykle z epoxidu nebo taveného oxidu křemičitého, používaný jako zpožďovací vedení mezi aktivním prvkem a zkušebním kusem. Jedním z hlavních důvodů jejich použití je měření tenkých materiálů, kde je důležité oddělit budicí impulzy od ozvěny „zadní stěny“. Kromě toho lze jako tepelný izolátor použít zpožďovací vedení, které chrání prvek snímače citlivý na teplo před přímým kontaktem s horkým materiálem. Nakonec mohou být tvarovány zpožďovací linky, aby se zlepšila ultrazvuková vazba ve stísněných prostorech.

Ponorné snímače: Ponorné snímače používají k připojení k materiálu kolonu nebo vodní lázeň. Mohou být použity pro online měření přímo na výrobní lince nebo pro měření pohyblivých produktů

Převodníky s dvojitým prvkem: Převodníky s dvojitým prvkem nebo jednoduše „duální“ se používají hlavně pro měření na drsných nebo zkorodovaných površích. Zahrnují oddělený přenos a příjem, se dvěma prvky namontovanými na zpožďovací linii s malým úhlem pro soustředění zvukové energie v přesné vzdálenosti pod povrchem zkušebního kusu. Ačkoli měření s duálními snímači jsou někdy méně přesná než měření prováděná s jinými typy snímačů, obvykle poskytují výrazně lepší výkon v aplikacích pro regulaci koroze a tam, kde je na povrchu materiálu mnoho nepravidelností.

Meze ultrazvukových tloušťkoměrů

Jedním z hlavních omezení ultrazvukových tloušťkoměrů je neschopnost měřit materiály, které nejsou kompaktní nebo nejsou homogenní.

Přítomnost mikrobublinek (například v expandovaných materiálech nebo u některých typů litinových odlitků) nebo mikro diskontinuity může vést k významnému útlumu zpětné ozvěny, a proto k nemožnosti přesného určení měření tlustý. V některých případech není zpětná ozvěna ani přítomna, protože je zcela rozptýlena v „mikrodutinách“ materiálu.

Kromě toho měření v nehomogenních materiálech (vícenásobné lamináty, bituminózní aglomeráty, pryskyřice naplněné skleněnými vlákny, beton, dřevo, žuly), i když představuje možnost stanovení doby průchodu ultrazvukového echa, neumožňuje určit tloušťku. materiálu jedinečným způsobem díky přítomnosti více materiálů, které různými způsoby přispívají k šíření ozvěny.

Pokročilé použití ultrazvukových měřících a analytických technologií

Některé typy ultrazvukových měřicích přístrojů, zejména ty, které jsou vybaveny grafickým displejem, jsou schopny provádět podrobnou analýzu tvaru vlny přijímaného ultrazvuku, a proto umožňují lepší kontrolu parametrů zapojených do měření tloušťky pomocí ultrazvuku (zesílení , zisk, práh).

Zde jsou podrobnosti o některých grafických a numerických reprezentacích dat získaných přístrojem s pokročilými analytickými charakteristikami přijatého ultrazvuku.

A-SCAN - režim RF

Režim RF zobrazuje tvar vlny podobným způsobem jako osciloskop. Zobrazuje kladné i záporné vrcholy. Vrchol (pozitivní i negativní) vybraný pro měření je zobrazen v horní části displeje. Toto je preferovaný režim pro přesné měření tenkých předmětů pomocí tužkového převodníku. Je důležité si uvědomit, že měření musí být na viditelném displeji, aby bylo možné vidět průběh. I když je však křivka mimo viditelný displej, měření lze stále provádět a prohlížet v digitálním režimu. Pokud je vlna mimo displej, můžete rozsah změnit ručně úpravou hodnot zpoždění a šířky nebo pomocí funkce automatického hledání umístěného v nabídce UTIL.

Následuje seznam funkcí viditelných na displeji: 

A) Stabilita indikátoru čtení : označuje stabilitu zpětné ozvěny na stupnici od 1 do 6 - sloupec zobrazený na obrázku výše označuje signál opakovatelnosti. Pokud přístroj zobrazuje hodnotu z paměti, bude indikátor opakovatelnosti nahrazen textem MEM

B) Indikátor úrovně nabití baterie : plně barevný symbol baterie znamená, že je baterie plně nabitá. Poznámka: na obrázku nad baterií je 50%

C) Tloušťka čtení : digitální hodnota tloušťky (v palcích nebo milimetrech)

D) Indikátor detekce : svislá přerušovaná čára zobrazuje bod detekce přechodu nuly na křivce, kde bylo získáno měření. Všimněte si, že digitální odečet tloušťky je stejný jako umístění indikátoru ložiska podle hodnot F zobrazených na obrázku

E) Echo signál : Grafické znázornění tvaru vlny ozvěny nakreslené na ose Y s odkazem na amplitudu a na ose X s odkazem na čas.

F) Štítky měření : Měřicí štítky se počítají na základě sady zpoždění (levá strana obrazovky) a na základě sady parametrů Šířka (hodnota šířky pro každou referenční značku)

G) Měrná jednotka : Zobrazuje aktuální měrnou jednotku.

H) Horké menu: Každé místo zobrazené pod křivkou se nazývá „horké menu“. Tato umístění umožňují rychlý pohled na všechny důležité parametry přístroje.

---

A-SCAN - Opravený režim

Upravený režim A-Scan zobrazuje poloviční průběh. Kladné i záporné píky jsou zobrazeny na základě vybrané polarity. Toto je nejlepší zobrazení displeje pro aplikace pro detekci chyb. Je důležité si uvědomit, že měření musí být na viditelném displeji, aby bylo možné vidět průběh. I když je však křivka mimo viditelný displej, měření lze stále provádět a prohlížet v digitálním režimu. Pokud je vlna mimo displej, můžete rozsah změnit ručně úpravou hodnot zpoždění a šířky nebo pomocí funkce automatického hledání umístěného v nabídce UTIL.

Následuje seznam funkcí viditelných na displeji: 

A) Stabilita indikátoru čtení: indikuje stabilitu zpětné echa na stupnici od 1 do 6 - sloupec zobrazený na obrázku výše označuje signál opakovatelnosti. Pokud PVX zobrazuje čtení z paměti, indikátor opakovatelnosti bude nahrazen textem MEM

B) Indikátor stavu baterie: plně barevný symbol baterie znamená, že je baterie plně nabitá. Poznámka: na obrázku výše je baterie na 50%

C) Čtení tloušťky: digitální čtení tloušťky (v palcích nebo milimetrech)

D) Indikátor detekce: svislá přerušovaná čára zobrazuje bod detekce přechodu nuly na křivce, kde bylo získáno měření. Všimněte si, že digitální odečet tloušťky je stejný jako umístění indikátoru ložiska podle hodnot F zobrazených na obrázku

E) Signál ozvěny: Grafické znázornění průběhu vlny ozvěny nakreslené na ose Y s ohledem na amplitudu a na ose X s ohledem na čas.

F) Štítky měření : Měřicí štítky se počítají na základě sady zpoždění (levá strana obrazovky) a na základě sady parametrů Šířka (hodnota šířky pro každou referenční značku)

G) Měrná jednotka : Zobrazuje aktuální měrnou jednotku.

H) Horké menu: Každé místo zobrazené pod křivkou se nazývá „horké menu“. Tato umístění umožňují rychlý pohled na všechny důležité parametry přístroje.

---

B-SKENOVÁNÍ

Režim B-Scan zobrazuje pohled v řezu na měřený materiál. Tento pohled se běžně používá k vizualizaci spodního nebo slepého obrysu povrchu materiálu. Je velmi podobný vyhledávači ryb. Pokud je během skenování nalezena závada, B-Scan vykreslí vadu na obrazovku. Obdélník (E) představuje průřez materiálu. Všimnete si, že celková tloušťka materiálu bude 500 "a rozsah zobrazení od 0.00" do 1.00 ". Obrázky se zobrazují rychlostí 15 sekund na obrazovku zprava doleva - Všimněte si také, že v bodě J má tloušťka náhlý pokles.

Je důležité nastavit rozsah měření na displeji tak, aby byla vidět maximální tloušťka materiálu. 

Následuje seznam funkcí viditelných na displeji: 

A) Stabilita indikátoru čtení : označuje stabilitu zpětné ozvěny na stupnici od 1 do 6 - sloupec zobrazený na obrázku výše označuje signál opakovatelnosti. Pokud PVX zobrazuje čtení z paměti, indikátor opakovatelnosti bude nahrazen textem MEM

B) Indikátor úrovně nabití baterie : plně barevný symbol baterie znamená, že je baterie plně nabitá. Poznámka: na obrázku nad baterií je 50%

C) Tloušťka čtení : digitální hodnota tloušťky (v palcích nebo milimetrech)

D) Oblast zobrazení B-SCAN: Toto je oblast, kde se zobrazuje skenování B-skenem

E) Graf B-skenování : Oblast zobrazení grafu B-skenů Skenování B-skenů se zobrazuje zprava doleva rychlostí 15 sekund na sken.

F) Štítky měření : Měřicí štítky se počítají na základě sady zpoždění (levá strana obrazovky) a na základě sady parametrů Šířka (hodnota šířky pro každou referenční značku)

G) Měrná jednotka : Zobrazuje aktuální měrnou jednotku.

H) Horké menu: Každé místo zobrazené pod křivkou se nazývá „horké menu“. Tato umístění umožňují rychlý pohled na všechny důležité parametry přístroje.

 I) Panel skenování: Skenovací lišta graficky představuje hodnotu tloušťky změřenou a znázorněnou v grafu skenu B. Je velmi užitečná pro hledání defektů s přímým skenováním na materiálu.

J) Příloha: Pohled B-scan umožňuje vidět profil materiálu z opačné strany na stranu měření.

---

ČÍSLICE

Displej DIGIT umožňuje zobrazit aktuální hodnotu tloušťky pomocí velkých a snadno viditelných znaků. Panel skenování byl přidán, aby umožnil operátorovi detekovat vady a nepravidelnosti během operací skenování.

Toto je seznam funkcí displeje ve funkci číslic.

A) Stabilita indikátoru čtení : označuje stabilitu zpětné ozvěny na stupnici od 1 do 6 - sloupec zobrazený na obrázku výše označuje signál opakovatelnosti. Pokud PVX zobrazuje čtení z paměti, indikátor opakovatelnosti bude nahrazen textem MEM

B) Indikátor úrovně nabití baterie : plně barevný symbol baterie znamená, že je baterie plně nabitá. Poznámka: na obrázku nad baterií je 50%

C) Tloušťka čtení : digitální hodnota tloušťky (v palcích nebo milimetrech)

D) Oblast zobrazení DIGITS: Toto je oblast, kde je zobrazena tloušťka

F) Štítky měření : Měřicí štítky se počítají na základě sady zpoždění (levá strana obrazovky) a na základě sady parametrů Šířka (hodnota šířky pro každou referenční značku)

G) Panel skenování : Lišta skenování odpovídá přímo hodnotě tloušťky. Tato obrazovka je široce používána pro skenování materiálu pomocí funkce B-SCAN. Pomocí lišty skenování je velmi snadné pozorovat přítomnost vad.
H) Horké menu: Každé místo zobrazené pod křivkou se nazývá „horké menu“. Tato umístění umožňují rychlý pohled na všechny důležité parametry přístroje.