ضخامت سنج اولتراسونیک: اصل عملیات، دستورالعمل، تولید کنندگان، بررسی

اندازه گیری ضخامت التراسونیک یک روش یک طرفه غیر مخرب برای تعیین عرض یک ماده است. این سریع، قابل اعتماد، همه کاره است و بر خلاف یک میکرومتر یا کالیپر، دسترسی به دو طرف جسم لازم نیست. اولین سنسورهای تجاری با استفاده از اصل سونار در اواخر دهه 1940 ظاهر شدند. دستگاه های قابل حمل کوچک که برای طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی بهینه سازی شده اند، در دهه 1970 به طور معمول مورد استفاده قرار گرفت. و نوآوری در زمینه تکنولوژی میکروپروسسور اجازه می دهد تا به سطح جدیدی از دقت، سادگی و کوچک سازی دست یابد.

تعداد زیادی از شرکت های شناخته شده در تولید دستگاه ها مشغول هستند. در میان آنها - شرکت آلمانی Siemens، داکوتای آمریکایی Ultrasonics، British Cygnus. در روسیه دستگاه ها توسط شرکت هایی مانند NPF "AKS"، NPK "Luch"، NPC "MaxProfit" و غیره تولید می شوند.

چه چیزی می تواند اندازه گیری شود؟

تقریبا هر ماده ساختاری متعارف می تواند توسط سونوگرافی اندازه گیری شود. سنسورهای التراسونیک برای فلزات، پلاستیک، کامپوزیت، فایبرگلاس، سرامیک و شیشه قابل تنظیم است. همچنین، ممکن است اندازه گیری پلاستیک های اکسترود شده و محصولات نورد در فرآیند تولید - هر دو لایه ها یا پوشش های فردی، و محصولات چند لایه، مایعات و نمونه های بیولوژیکی. عملیات دیگری که ضریب اندازه گیری اولتراسونیک آن ضروری است تعیین ضخامت آجر، سازه های بتنی، آسفالت و سنگ است. چنین اندازه گیری تقریبا همیشه غیر مخرب است و نیازی به برش یا جداسازی جسم نیست.

مواد مورد استفاده برای اندازه گیری های سونوگرافی متعارف به علت انتقال ضعیف از امواج فرکانس بالا شامل چوب، کاغذ، بتن و محصولات فوم می باشد.

چگونه می توان اندازه گیری کرد؟

انرژی صوتی را می توان در طیف گسترده ای از فرکانس تولید کرد. صدا قابل شنیدن در محدوده 20 تا 20 کیلوهرتز است. فرکانس بالاتر، تن صدا درک شده است. انرژی فرکانس بالاتر، فراتر از محدوده شنوایی انسان، اولتراسوند نامیده می شود. اغلب آزمایشات اولتراسونیک در محدوده فرکانس 500 تا 20 مگاهرتز انجام می شود، هرچند برخی از ابزارهای تخصصی به 50 کیلوهرتز یا 100 مگاهرتز می رسند. صرفنظر از فرکانس، انرژی صوتی، نوسانات مکانیکی است که در یک محیط خاص مانند هوا یا فولاد عبور می کند، مطابق با قوانین اساسی فیزیک موج.

برای اندازه گیری ها از اندازه گیری ضخامت اولتراسونیک استفاده کنید. اصل دستگاه، محاسبه دقیق زمان عبور پالس از یک پروب کوچک (مبدل) از طریق یک شیء اندازه گیری شده است که توسط سطح داخلی یا دیوار دور بازتاب می یابد. از آنجا که امواج صوتی از مرز بین مواد ناهمگن منعکس شده است، این اندازه گیری معمولا از یک طرف در حالت "pulse / echo" انجام می شود.

این مبدل شامل یک عنصر پیزوالکتریک است که توسط یک پالس الکتریکی کوتاه برای تولید امواج فراصوتی گسسته هیجان زده شده است. آنها به مواد اندازه گیری شده ارسال می شوند و از طریق آن عبور می کنند تا زمانی که با دیوار عقب یا مانع دیگری برخورد می کنند. موج منفی به سنسور بازمیگردد، که ارتعاشات مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. در اصل، ضخامت سنجهای اولتراسونیک گوش به سمت اکو از طرف مقابل گوش می دهد. معمولا فاصله زمانی بین سیگنال فرستاده شده و منعکس شده تنها چند میلیون ثانیه از ثانیه است. دستگاه سرعت سرعت صدا را در مواد مورد بررسی بررسی می کند، که پس از آن می تواند ضخامت را با استفاده از یک رابطه ریاضی ساده محاسبه کند: d = V t / 2، where:

• D ضخامت بخش است؛
• V سرعت صدا است؛
• T مدت زمان انتقال صدا اندازه گیری شده است.

پارامتر مهم

مهم است که توجه داشته باشیم که سرعت صدا در جسم مورد مطالعه بخش مهمی از این محاسبه است. مواد مختلف امواج صوتی را به روش های مختلف انتقال می دهند. به عنوان یک قاعده، در جامدات بالاتر است و در مواد نرم کمتر است. علاوه بر این، می تواند به طور قابل توجهی با دمای متفاوت باشد. همیشه اندازه گیری ضخامت سنج اولتراسونیک را به سرعت در اندازه گیری ماده که به طور مستقیم بر روی صحت خوانش دستگاه تاثیر می گذارد، کالیبره می شود.

امواج صوتی در محدوده مگا هرتز از طریق عبور هوا ناچیز است، بنابراین برای بهبود انتقال صدا بین رادیاتور و نمونه یک قطره سیال اتصال قرار می گیرد. معمولا گلیسیرین، پروپیلن گلیکول، آب، روغن و ژل به عنوان یک مایع تماس استفاده می شود. مقدار کمی از مایع به اندازه کافی برای پر کردن شکاف هوا بسیار نازک است.

حالت های اندازه گیری

تولیدکنندگان ضخامت سنج های اولتراسونیک فاصله زمانی عبور انرژی را از طریق نمونه آزمون در سه روش اندازه گیری می کنند:

1. شکاف بین پالس تحریک، موجب تولید موج صوتی و اولین بازگشت اکولوژیک منهای یک مقدار جبران کم جبران برای تاخیر در دستگاه، کابل و مبدل.
2. فاصله زمانی بین اکو بازگشتی از سطح نمونه و اولین بازتاب انعکاس یافته.
3. شکاف بین دو انفجار پایین متوالی

انتخاب حالت، به عنوان یک قاعده، نوع نوع مبدل و همچنین نیازهای خاص برنامه را اعمال می کند. حالت اول با حسگر تماس استفاده می شود و برای اکثر برنامه های کاربردی توصیه می شود. در مرحله دوم، یک خط تاخیر یا مبدل های غوطه وری استفاده می شود که در سطوح محدب و مقعر در فضای محدود برای اندازه گیری مواد متحرک یا اشیاء با درجه حرارت بالا استفاده می شود.

حالت سوم همچنین از خطوط تاخیری یا سنسورهای شناور استفاده می کند و به طور قانونی دقت بالا و بهترین وضوح ضعیف را فراهم می کند. معمولا زمانی استفاده می شود که کیفیت اندازه گیری در حالت اول یا دوم رضایتبخش باشد. با این حال، حالت دوم فقط مناسب برای مواد است که اکو خالص چندگانه را تولید می کنند، معمولا با شاخص ضریب کم، مانند فلزات ریز، شیشه، سرامیک.

دو نوع دستگاه

به عنوان یک قانون، ضخامت سنج اولتراسونیک به دو نوع تقسیم می شود: خوردگی و دقت. یکی از مهمترین کاربردهای آن تعیین عرض دیواره لوله های فلزی، مخازن، قطعات ساختاری و مخازن تحت فشار است که حساس به خوردگی داخلی هستند و نمی توان از خارج دیده شود. برای این منظور خوردگی فولادی ضخامت از نظر ضخامت در نظر گرفته شده است. آنها از تکنیک های پردازش سیگنال استفاده می کنند که برای تعیین حداقل عرض دیوار باقی مانده در نمونه های درشت و زنگ با سنسورهای دو عنصر اختصاصی بهینه سازی شده است.

در موارد دیگر توصیه می شود از ابزارهای با دقت بالا با مبدل های تک برای فلزات، پلاستیک، فایبر گلاس، کامپوزیت، لاستیک و سرامیک استفاده شود. سنسورهای مختلفی از دستگاه های دقیق ساخته شده اند که می توانند با دقت ± 0.025 میلی متر و بالاتر اندازه گیری شوند که بیش از مقادیر اندازه گیری های خوردگی هستند.

اندازه گیری ضخامت سنج GOST اولتراسونیک با توجه به هدف، درجه اتوماسیون، حفاظت از تاثیرات محیطی، مقاومت در برابر تأثیرات مکانیکی، و همچنین شاخص های اصلی آن را طبقه بندی می کند.

انواع مبدل ها

• سنسورهای تماس برای تماس مستقیم با نمونه آزمون استفاده می شود. اندازه گیری ها با کمک آنها ساده هستند، بنابراین بیشتر آنها مورد استفاده قرار می گیرند.
• مبدل های دارای یک خط تاخیر حاوی سیلندر پلاستیکی، اپوکسی یا کوارتز به عنوان یک پیوند متوسط بین عنصر فعال و جسم مورد مطالعه است. دلیل اصلی استفاده از آنها اندازه گیری اشیاء نازک است، جایی که مهم است پالس های تحریک را از سیگنال های اکو پایین جدا کنیم. خط تاخیر می تواند به عنوان یک عایق حرارتی، محافظت از عنصر حساس دما حسگر از تماس مستقیم با مواد گرم است. همچنین می تواند به منظور بهبود چسبندگی با سطوح به شدت مقعر یا منحنی شکل بگیرد.
• مبدل های شناور برای تامین انرژی صدا به عنصر اندازه گیری از یک ستون آب یا حمام استفاده می کنند. آنها برای اندازه گیری اشیاء متحرک مورد استفاده قرار می گیرند، برای چسباندن یا بهینه سازی چسبندگی در حضور شعاع های تیز، شیارها یا کانال ها.
• مبدل ها با دو عنصر در اندازه گیری خوردگی برای تعیین عرض اشیاء با سطح سخت و زنگ خورده مورد استفاده قرار می گیرند. آنها شامل یک عنصر انتقال و دریافت جداگانه است که در یک زاویه کوچک به خط تاخیر نصب شده است تا انرژی را در یک فاصله انتخاب شده در زیر سطح اندازه گیری شده اندازه گیری کند. اگر چه چنین اندازه گیری ها دقیق نیستند مانند سایر انواع سنسورها، آنها تمایل به عملکرد قابل ملاحظه ای دارند.

اندازه گیری ضخامت سنج اولتراسونیک: آموزش

برای آماده سازی برای اندازه گیری، شما باید اینورتر را به دستگاه متصل کنید، آن را روشن کنید، سرعت صدا را تنظیم کرده و کالیبراسیون کنید. برای انجام این کار، مواد تماس کمی را به استاندارد کالیبراسیون اعمال کنید، حسگر را وصل کنید و حالت کالیبراسیون را روشن کنید. این روش باید پس از جایگزینی مبدل یا باتری ها انجام شود. گزینه های کالیبراسیون برای ضخامت شناخته شده و سرعت صدا.

برای انجام اندازه گیری، لازم است که مواد تماس را به سطح جسم اعمال کنید و یک سنسور را وصل کنید. نتیجه بر روی صفحه نمایش داده می شود. برای مثال، برای کوچکترین ضخامت مواد، ممکن است از دستگاه در حالت اسکن استفاده کنید. شما همچنین می توانید سیگنال را برای تشخیص مکان با اندازه دیوار که کمتر از مقدار تنظیم شده است تنظیم کنید.

برای اندازه گیری سرعت صدا، شما نیاز به اندازه گیری شی را با یک کولیس یا میکرومتر، ضمیمه مبدل و منتظر نتیجه. پس از تنظیم مقدار اندازه گیری شده قبلی، دکمه را برای ذخیره داده ها در حافظه دستگاه فشار دهید. برخی از دستگاه ها به شما اجازه می دهند نتایج را به یک کامپیوتر منتقل کنید.

ضخامت سنج اولتراسونیک: بررسی ها

کاربران از اندازه جمع و جور، سهولت استفاده، قابلیت اطمینان، سهولت کالیبراسیون دستگاه های مدرن قدردانی می کنند. کارشناسان به این نتیجه رسیده اند که جایگزینی برای دستگاه های این نوع در ارزیابی شرایط اتومبیل ها، کیفیت عملکرد بدنه خودرو وجود دارد. این دستگاه به شما اجازه می دهد تا تعیین کنید که آیا وسیله نقلیه رنگ آمیزی شده است یا اینکه آیا در تصادف دخیل بود یا خیر. سنجنده های ضخامت، که به مایع تماس برای عملیات نیاز ندارند، و همچنین قادر به خود کالیبراسیون، محبوب ترین هستند.

مواد و محدوده

اندازه گیری ضخامت اولتراسونیک، اصل عمل که بسته به ترکیب، محدوده اندازه گیری، هندسه، درجه حرارت، الزامات دقت و سایر شرایط ممکن انتخاب شده است گاهی غیر قابل جایگزینی است.

محدودیت اندازه و اندازه مواد مهمترین عوامل در انتخاب یک دستگاه و یک مبدل است. بسیاری از مواد، از جمله بسیاری از فلزات، سرامیک و شیشه، بسیار موثر انجام سونوگرافی و اندازه گیری را در طیف گسترده ای انجام می دهند. اکثر پلاستیک ها سریعتر جذب انرژی می کنند و بنابراین دارای دامنه ضخامت بیشتری هستند اما در اکثر شرایط تولید مشکالت ایجاد نمی شود. لاستیک، فایبرگلاس و بسیاری از مواد کامپوزیت بسیار بیشتر جذب می شود و نیاز به فرستنده های بزرگ و گیرنده های بهینه برای عمل در فرکانس های پایین است.

ضخامت نوع مبدل را تعیین می کند. اشیای نازک در فرکانس های بالا اندازه گیری می شوند و در فرکانس های پایین ضخیم و یا ضخیم می شوند. برای مواد بسیار نازک، یک خط تاخیر استفاده می شود، اگر چه آنها، و همچنین مبدل های زیردریایی، ضخامت به دلیل دخالت از اکو چندگانه محدود است. در مورد اشیاء وسیع و یا اشیاء متشکل از چندین ماده، سنسورهای مختلفی ممکن است مورد نیاز باشند.

انحنای سطح

با افزایش انحنای سطح، کارایی تماس بین مبدل و شی مورد اندازه گیری کاهش می یابد، بنابراین، به عنوان شعاع انحنا کاهش می یابد، اندازه سنسور باید کاهش یابد. اندازه گیری شعاع بسیار کوچک ممکن است نیاز به استفاده از خطوط تاخیر یا مبدل های غوطه وری بدون تماس داشته باشد. آنها همچنین می توانند برای اندازه گیری در شیارها، حفره ها و مکان های دیگر با دسترسی محدود استفاده شوند.

دما

اینورترهای تماس معمولا در دمای جسم تا 50 درجه سانتیگراد قابل استفاده هستند. مواد داغتر می توانند به علت اثر انبساط حرارتی به سنسور آسیب برسانند. در چنین مواردی، همیشه با استفاده از یک مبدل با یک خط تاخیر مقاوم در برابر حرارت، سنسورهای با دمای بالا یا دوام با دو عنصر استفاده کنید.

در برخی موارد یک شی با امپدانس آکوستیک کم (تراکم ضرب شده توسط سرعت صدا) به یک ماده با امپدانس آکوستیک بالاتر متصل می شود. نمونه های نمونه پلاستیک، لاستیک و پوشش شیشه ای از فولاد یا فلزات دیگر، و همچنین یک پوشش پلیمری از فایبرگلاس است. در این حالت، اکو از مرز بین دو ماده، فاز غرق خواهد شد - در مقایسه با اکو از مرز با هوا، معکوس می شود. این می تواند به سادگی با تغییر تنظیم ابزار، اما اگر هیچ چیز انجام نشده است، قرائت خواهد شد نادرست.

دقت

دقت اندازه گیری ها تحت تاثیر بسیاری از عوامل، از جمله تایید سنج سنج ضخامت اولتراسونیک، کالیبراسیون آنها، یکنواختی سرعت در ماده، تضعیف و پراکندگی صدا، زبری و انحنای سطح، اتصال ضعیف و عدم پارالیسم پایین است. دقت بهترین با استفاده از استانداردهای اندازه شناخته شده است. با یک کالیبراسیون صحیح، خطا ضخامت سنج اولتراسونیک ± 0.01 میلیمتر و ± 0.001 میلیمتر می باشد. خطوط تاخیر یا سنسورهای غوطه وری در حالت سوم نیز دقت اندازه گیری را افزایش می دهند.