Ультразвуковая толщинометрия

Ультразвуковой способ определения линейных размеров получил большое распространение в современной практике. Приборы обладают большой точностью и универсальностью. В металлообрабатывающей промышленности ультразвуковоая толщинометрия применяется повсеместно.

Принцип ультразвуковой толщинометрии

Ультразвук - звуковые колебания высокой частоты. Такой вид звука обладает рядом свойств, которые используются для производства измерений:

  • •  Хорошо распространяется в твёрдых и жидких средах:
  • •  Отражается от границ раздела материалов с различными структурными свойствами;
  • •  Скорость распространения значительно изменяется в материалах с различными свойствами;
  • •  Имеет заметные и измеримые параметры затухания в процессе распространения.

Свойства распространения ультразвука в металлах, полимерах и других однородных средах позволяют делать высокоточные измерительные приборы, основанные на законах его распространения и отражения.

При распространении ультразвука из источника замеряется время прохождения через материал - так определяют толщину измеряемого образца или изделия. Для измерений используют оба метода: теневой и эхо. В первом случае измеряется прямой сигнал, прошедший через предмет. Во втором случае - отражённый.

Преимущества ультразвуковой толщинометрии

Метод ультразвука получил широкое распространение в технике и машиностроении. Это обусловлено преимуществами такого способа измерений:

  • •  Высокая точность метода при соблюдении условий выполнения измерений;
  • •  Быстрое получение результата;
  • •  Возможность регистрации и протоколирования полученных измерений в аналоговом или цифровом виде;
  • •  Возможность измерения толщины сплошных крупногабаритных делалей;
  • •  Возможность замера толщины без доступа к обратной стороне изделия.

Преимущества метода делают его безальтернативным для целого ряда задач в металлообработке и машиностроении.

Виды технических задач

Задачи измерения толщины подразделяются на 3 группы. Это обусловлено свойствами метода и ограничениями конструкций приборов для каждого из них:

  • •  Ручные замеры толщин изделий с гладкими параллельными поверхностями;
  • •  Ручные замеры толщин изделий с не гладкими или не параллельными поверхностями;
  • •  Автоматический непрерывный контроль толщины движущегося изделия (например в прокате).

Для измерений толщины образца с гладкими поверхностями, плоскости которых параллельны применяется прибор с высокой точностью измерения параметров сигнала. Для измерения толщин изделий с высокой шероховатостью приходится учитывать разнонаправленные отражения сигнала от неровного фронта дальней грани. В этом случае применяют прибор с высокой чувствительностью. Точность измерений в таком случае несколько ниже.

Ультразвуковая толщинометрия трубопроводов, деталей металлоконструкций, прокатных изделий регламентируется соответствующими нормативными документами. Общие требования к проведению УЗТ нормируются ГОСТ 23829-85.

Технические особенности приборов

Ключевыми элементами ультразвукового толщиномера служат излучатели и приёмники ультразвуковых волн. Оба этих элемента представляют собой преобразователи электрического тока в звук или наоборот. Поэтому их часто называют преобразователями. Большинство преобразователей основаны на пьезоэлектрическом эффекте.

Преобразователи могут быть независимыми друг от друга или совмещёнными. Благодаря высокой частоте излучаемого сигнала существует возможность использования излучателя в качестве приёмника попеременно меняя их функции.

Конструктивно независимые преобразователи могут быть разнесены для выполнения измерений теневым методом или размещены в одном корпусе в случае использования эхо метода.

Форма излучателя может быть прямоугольной для формирования продольных волн или призматические, которые могут формировать продольные, поперечные или поверхностные волны.

Конструкция прибора, вид его преобразователей, чувствительность и набор встроенных функций определяют возможности различных измерений. Многие модели ультразвуковых толщинометров многофункциональны. Переключение режимов позволяет измерять толщины в разных условиях. Один из важных параметров всех ультразвуковых приборов - минимальная толщина. Она определяется так называемой мёртвой зоной.

Для выполнения замеров важным входным параметром является температура измеряемого материала. От её величины зависит скорость звука и, соответственно, настройки прибора.

Для улучшения результатов и повышения точности в ряде случаев применяют специальные жидкости или гели, обеспечивающие лучший контакт излучателя и приёмника с поверхностью изделия.