Толщиномеры ультрагукавыя: прынцып працы, інструкцыя, вытворцы, водгукі

Ультрагукавое вымярэнне таўшчыні з'яўляецца неразбуральнай аднабаковым метадам вызначэння шырыні матэрыялу. Ён хуткі, надзейны, універсальны і, у адрозненне ад мікраметра або штангенцыркуля, не патрабуе доступу да двух баках прадмета. Першыя камерцыйныя датчыкі, якія выкарыстоўваюць прынцып сонара, з'явіліся ў канцы 1940 гадоў. Невялікія пераносныя прыборы, аптымізаваныя для шырокага спектру ужыванняў, сталі звыклымі ў 1970-я гады. А інавацыі ў галіне мікрапрацэсарнай тэхнікі дазволілі дасягнуць новага ўзроўню дакладнасці, прастаты і мініяцюрнасці.

Вытворчасцю прылад займаецца вялікі лік вядомых кампаній. Сярод іх - нямецкая кампанія Siemens, амерыканская Dakota Ultrasonics, брытанская Cygnus. У Расіі прыборы выпускаюць такія кампаніі, як НПФ «АКС», НПК «Прамень», НПЦ «МаксПрофит» і інш.

Што можна вымераць?

Практычна любы звычайны канструкцыйны матэрыял можа быць вымераны з дапамогай ультрагуку. Ультрагукавыя датчыкі могуць быць настроены на металы, пластыкі, кампазіты, шкловалакно, кераміку і шкло. Таксама магчымыя замеры экструдаванага пластмас і пракату ў працэсе вытворчасці - як асобных слаёў або пакрыццяў, так і шматслойных вырабаў, вадкасці і біялагічных узораў. Яшчэ адна аперацыя, дзе проста неабходны ультрагукавой толщиномер, - вызначэнне таўшчыні цэглы, канструкцый з бетону, асфальту і горных парод. Такія вымярэнні амаль заўсёды неразбуральныя і не патрабуюць рэзкі або разборкі аб'екта.

Матэрыялы, якія не падыходзяць для звычайнага ультрагукавога вымярэння з-за дрэннага перадачы высокачастотных хваль, ўключаюць драўніну, паперу, бетон і вспененные прадукты.

Як вымераць?

Гукавая энергія можа генеравацца ў шырокім спектры частот. Чутны гук знаходзіцца ў дыяпазоне ад 20 да 20 кгц. Чым вышэй частата, тым вышэй успрыманы тон. Энергія больш высокай частоты, за межамі чалавечага слыху, называецца ультрагукам. Часцей за ўсё ультрагукавой кантроль ажыццяўляецца ў дыяпазоне частот ад 500 кГц да 20 Мгц, хоць некаторыя спецыялізаваныя інструменты дасягаюць 50 кГц або 100 МГц. Незалежна ад частоты, гукавая энергія ўяўляе сабой механічныя ваганні, якія праходзяць у пэўнай асяроддзі, такі як паветра або сталь, у адпаведнасці з асноўнымі законамі фізікі хваль.

Для вымярэнняў выкарыстоўваюць ультрагукавой толщиномер. Прынцып працы прылады заключаецца ў дакладнай вылічэнні часу праходжання імпульсу ад невялікага зонда (пераўтваральніка) праз вымяраны аб'ект, адлюстраванага яго ўнутранай паверхняй або далёкай сценкай. Паколькі гукавыя хвалі адлюстроўваюцца ад мяжы паміж разнастайнымі матэрыяламі, гэта вымярэнне звычайна вырабляецца з аднаго боку, у рэжыме «імпульс / рэха».

Пераўтваральнік ўтрымлівае п'езаэлектрычны элемент, які ўзбуджаецца кароткім электрычным імпульсам для генерацыі дыскрэтных ультрагукавых хваль. Яны пасылаюцца ў вымяраны матэрыял і праходзяць праз яго, пакуль не сутыкаюцца з задняй сценкай або іншым перашкодай. Адлюстраваная хваля вяртаецца да датчыка, пераўтворыцца механічныя ваганні ў электрычную энергію. У сутнасці, толщиномеры ультрагукавыя праслухоўваюць рэха з процілеглага боку. Звычайна прамежак часу паміж пасланым і адлюстраваным сігналам складае ўсяго некалькі мільённых доляй секунды. У прыбор занесены дадзеныя аб хуткасці гуку ў доследным матэрыяле, з якога ён можа затым разлічыць таўшчыню, выкарыстоўваючы простую матэматычную сувязь: d = V t / 2, дзе:

• d - таўшчыня ўчастка;
• V - хуткасць гуку;
• t - вымеранае час праходжання гуку.

важны параметр

Важна адзначыць, што хуткасць гуку ў доследным аб'екце з'яўляецца істотнай часткай гэтага разліку. Розныя матэрыялы перадаюць гукавыя хвалі па-рознаму. Як правіла, у цвёрдых рэчывах яна вышэй, а ў мяккіх - ніжэй. Акрамя таго, яна можа значна змяняцца з тэмпературай. Пры гэтым заўсёды неабходна калібраваць толщиномеры ультрагукавыя на хуткасць у вымярацца матэрыяле, ад якой прама залежыць дакладнасць паказанняў прыбора.

Гукавыя хвалі ў мегагерцевой дыяпазоне праз паветра праходзяць дрэнна, таму для паляпшэння перадачы гуку паміж выпраменьвальнікам і ўзорам змяшчаецца кропля злучальнай вадкасці. Звычайна ў якасці кантактнай вадкасці выкарыстоўваецца гліцэрына, прапiленглiколь, вада, алей і гель. Дастаткова невялікай колькасці вадкасці, каб запоўніць надзвычай тонкі паветраны зазор.

рэжымы вымярэння

Вытворцы ультрагукавых толщиномеров вымераюць часовай інтэрвал праходжання энергіі праз іспытываемый ўзор трыма спосабамі:

1. Прамежак паміж імпульсам ўзбуджэння, які генеруе гукавую хвалю і першым якія вяртаюцца рэхам за вылікам невялікага значэнне зрушэння, кампенсавальнага затрымкі ў інструменце, кабелі і пераўтваральніку.
2. Інтэрвал часу паміж вернутым рэхам ад паверхні ўзору і першым адлюстраваным рэхам.
3. Прамежак паміж двума паслядоўнымі дновым рэха-сігналамі.

Выбар рэжыму, як правіла, дыктуе тып пераўтваральніка, а таксама канкрэтныя патрабаванні прыкладання. Першы рэжым выкарыстоўваецца з кантактным датчыкам і рэкамендуецца для большасці ўжыванняў. У другім прысутнічае лінія затрымкі або погружные пераўтваральнікі, якія прымяняюцца на выпуклых і ўвагнутых паверхнях, у замкнёнай прасторы, для вымярэння які рухаецца матэрыялу або аб'ектаў з высокай тэмпературай.

Трэці рэжым таксама выкарыстоўвае лініі затрымкі або погружные датчыкі і, як правіла, забяспечвае высокую дакладнасць і найлепшае мінімальнае дазвол таўшчыні. Звычайна ўжываецца, калі якасць вымярэнняў у першым ці другім рэжыме нездавальняючы. Аднак апошні рэжым падыходзіць толькі для матэрыялаў, якія вырабляюць чыстыя множныя эхосигналы, як правіла, з нізкім паказчыкам згасання, як у дробназярністых металаў, шкла, керамікі.

Два тыпу прылад

Толщиномеры ультрагукавыя, як правіла, дзеляцца на два тыпу: каразійныя і прэцызійныя. Адным з найважнейшых іх ужыванняў з'яўляецца вызначэнне рэшткавым шырыні сценкі металічных труб, рэзервуараў, канструкцыйных дэталяў і сасудаў высокага ціску, якія схільныя ўнутранай карозіі і не могуць быць бачныя звонку. Толщиномеры ультрагукавыя каразійныя для гэтага і прызначаны. У іх выкарыстоўваюцца метады апрацоўкі сігналаў, якія аптымізаваныя для выяўлення мінімальнай рэшткавым шырыні сцен у грубых і ржавых узорах са спецыялізаванымі двухэлементными датчыкамі.

У астатніх выпадках рэкамендуюць ужываць высокадакладныя прыборы з адзінкавымі пераўтваральнікамі, - для металаў, пластмас, шкловалакна, кампазітаў, гумы і керамікі. Створана мноства разнастайных датчыкаў прэцызійных прылад, якія здольныя вымяраць з дакладнасцю ± 0,025 мм і вышэй, што перавышае паказчыкі каразійных вымяральнікаў.

ДАСТ толщиномеры ультрагукавыя класіфікуе па прызначэнні, ступені аўтаматызацыі, абароненасці ад уздзеяння навакольнага асяроддзя, стойкасці да механічных уздзеянняў, а таксама вызначае іх асноўныя паказчыкі.

тыпы пераўтваральнікаў

• Кантактныя датчыкі выкарыстоўваюцца пры непасрэдным судотыку з падыспытным узорам. Вымярэння з іх дапамогай простыя, таму яны ўжываюцца часцей за ўсё.
• Пераўтваральнікі з лініяй затрымкі ўтрымліваюць пластыкавы, эпаксідны або кварцавы цыліндр у якасці прамежкавага звяна паміж актыўным элементам і доследным аб'ектам. Галоўная прычына іх выкарыстання - вымярэнне тонкіх аб'ектаў, дзе важна аддзяліць імпульсы ўзбуджэння ад донных рэха-сігналаў. Лінія затрымкі можа служыць цеплаізалятарам, абаронай тэрмаадчувальных элемента датчыка ад прамога кантакту з гарачымі матэрыяламі. Таксама ёй можна надаць форму, якая паляпшае счапленне пры рэзка ўвагнутых або выгінастых паверхнях.
• Погружные пераўтваральнікі для подвода гукавы энергіі да вымяранаму элементу выкарыстоўваюць вадзяную калону або ванну. Іх ужываюць для вымярэнняў аб'ектаў, якія рухаюцца, для сканавання або аптымізацыі счаплення пры наяўнасці вострых радыусаў, канавак ці каналаў.
• Пераўтваральнікі з двума элементамі выкарыстоўваюцца ў каразійных шириномерах для вызначэння шырыні аб'ектаў з грубай, корродированной паверхняй. Складаюцца з асобнага які перадае і які прымае элемента, устаноўленых пад невялікім вуглом да лініі затрымкі, каб сфакусаваць энергію на наадварот адлегласць пад паверхняй вымяранага ўзору. Хаця такія вымярэння не гэтак дакладныя, як у датчыкаў іншых тыпаў, яны, як правіла, забяспечваюць значна больш высокую прадукцыйнасць.

Толщиномер ультрагукавой: інструкцыя

Для падрыхтоўкі да правядзення вымярэнняў варта падлучыць пераўтваральнік да прыбора, ўключыць яго, задаць хуткасць гуку і адкалібраваць. Для гэтага трэба вырабіць трохі кантактнага рэчыва на калібравальны эталон, прыкласці датчык і ўключыць рэжым каліброўкі. Дадзеную працэдуру неабходна абавязкова выконваць пасля замены пераўтваральніка альбо батарэй. Магчымыя варыянты каліброўкі па вядомай таўшчыні і хуткасці гуку.

Для правядзення вымярэнняў неабходна на паверхню аб'екта нанесці кантактнае рэчыва і прыкласці датчык. Вынік адлюструецца на дысплеі. Магчыма выкарыстанне прылады ў рэжыме сканавання, напрыклад, для пошуку найменшай таўшчыні матэрыялу. Таксама можна наладзіць падачу сігналу для выяўлення месцы з памерам сценкі менш устаноўленага значэння.

Для замеру хуткасці гуку неабходна вымераць аб'ект штангенцыркуля або мікраметрам, прыкласці пераўтваральнік і дачакацца выніку. Усталяваўшы папярэдне вымеранае значэнне, націснуць кнопку для захавання дадзеных у памяці прыбора. Некаторыя прылады дазваляюць перадаваць вынікі на ПК.

Ультрагукавой толщиномер: водгукі

Карыстальнікі станоўча ацэньваюць кампактны памер, зручнасць ў выкарыстанні, надзейнасць, прастату каліброўкі сучасных прыбораў. Спецыялісты адзначаюць адсутнасць альтэрнатыў прыладам дадзенага тыпу пры ацэнцы стану аўтамабіляў, якасці выканання кузаўных работ. Прылада дазваляе вызначыць, перафарбоўваць Ці транспартны сродак і ўдзельнічала яно ў ДТЗ. Толщиномеры, для працы якіх не патрабуецца кантактная вадкасць, а таксама здольныя праводзіць самокалибровку, карыстаюцца найбольшай папулярнасцю.

Матэрыял і дыяпазон

Ультрагукавой толщиномер, прынцып працы якога выбіраецца ў залежнасці ад складу, дыяпазону вымярэнняў, геаметрыі, тэмпературы, патрабаванняў да дакладнасці і іншых магчымых умоў, часам проста незаменны.

Тып матэрыялу і межы вымярэнняў з'яўляюцца найбольш важнымі фактарамі пры выбары прыбора і пераўтваральніка. Шматлікія рэчывы, уключаючы большасць металаў, кераміку і шкло, праводзяць ультрагук вельмі эфектыўна і дазваляюць праводзіць замеры ў шырокім дыяпазоне. Большасць пластмас хутчэй паглынаюць энергію і, такім чынам, маюць больш абмежаваны максімальны дыяпазон таўшчыні, але ў большасці вытворчых сітуацый вымярэння праблем не выклікаюць. Гума, шкловалакно і многія кампазітныя матэрыялы паглынаюць значна мацней і патрабуюць вялікіх перадатчыкаў і прымачоў, аптымізаваных для працы на нізкіх частотах.

Таўшчыня вызначае і тып пераўтваральніка. Тонкія аб'екты вымераюць на высокіх частотах, а тоўстыя ці дэмпфіроўнымі - на нізкіх. Для вельмі тонкіх матэрыялаў выкарыстоўваецца лінія затрымкі, хоць яны, а таксама погружные пераўтваральнікі абмежаваныя па таўшчыні вымярэння з-за перашкод ад шматразовага рэха. У выпадку шырокіх аб'ектаў або прадметаў, якія складаюцца з некалькіх матэрыялаў, могуць спатрэбіцца датчыкі розных тыпаў.

крывізна паверхні

З павелічэннем крывізны паверхні эфектыўнасць кантакту паміж пераўтваральнікам і вымяраным аб'ектам памяншаецца, таму з памяншэннем радыусу крывізны павінен быць паменшаны памер датчыка. Вымярэнне вельмі малых радыусаў можа запатрабаваць прымянення ліній затрымкі або бескантактавых погружной пераўтваральнікаў. Яны таксама могуць быць выкарыстаны для замераў у пазах, паражнінах і іншых месцах з абмежаваным доступам.

тэмпература

Кантактныя пераўтваральнікі, як правіла, дастасавальныя пры тэмпературы аб'екта да 50 ° C. Больш гарачыя матэрыялы могуць пашкодзіць датчык з-за эфекту цеплавога пашырэння. У такіх выпадках заўсёды варта выкарыстоўваць пераўтваральнікі з тэрмаўстойлівай лініяй затрымкі, иммерсионные або высокатэмпературныя датчыкі з двума элементамі.

У асобных выпадках аб'ект з нізкім акустычным супрацівам (шчыльнасць, памножаная на хуткасць гуку) злучаны з матэрыялам з больш высокім акустычным імпеданс. Тыповыя прыклады - пластмасавыя, гумовыя і шкляныя пакрыцця сталі або іншых металаў, а таксама палімернае пакрыццё шкловалакна. Пры гэтым рэха ад мяжы паміж двума матэрыяламі будзе фазоинвертированным - перавернутым ў адносінах да рэху ад мяжы з паветрам. Гэта можна выправіць простым змяненнем налады прыбора, але калі нічога не распачаць, то паказанні будуць недакладнымі.

хібнасць

На дакладнасць вымярэнняў ўплывае мноства фактараў, у тым ліку паверка толщиномеров ультрагукавых, іх каліброўка, аднастайнасць хуткасці ў рэчыве, згасанне і рассейванне гуку, шурпатасць і крывізна паверхні, дрэнная сувязь і дновая непараллельность. Дакладнасць лепш за ўсё дасягаецца пры выкарыстанні эталонаў вядомага памеру. Пры правільнай каліброўцы хібнасць ультрагукавога толщиномера складае ± 0,01 мм і нават ± 0,001 мм. Лініі затрымкі або иммерсионные датчыкі ў трэцім рэжыме таксама павышаюць дакладнасць вымярэнняў.