Ультразвуковой способ измерения толщины

Ультразвуковой толщиномер: назначение, принцип работы, типы, параметры подбора

Принцип их работы основывается на том, чтобы измерять время, за которое короткий ультразвуковой импульс от преобразователя проходит через толщину материала. Узнав время, электронный блок производит математическую операцию: перемножает его на известную скорость распространения УЗК в материале и делит на количество прохождений импульса через стенку (1, 2 либо несколько раз), вычитая время пробега в плоскопараллельной задержке (протекторе ПЭП, слое контактной жидкости). В зависимости от модификации ультразвуковой толщиномер может реализовать другие способы измерений и обработки данных. Как бы то ни было, в результате расчётов на дисплей выводится фактическое значение толщины в мм (или в дюймах). Точность результатов может достигать 0.1, 0.01 или даже 0.001 мм. Справедливости ради стоит отметить, что для большинства промышленных задач на ОПО дискретность показаний 0.001 мм является избыточной — 0.1 мм вполне достаточно. Тем не менее, благодаря современным цифровым технологиям многие приборы вполне могут демонстрировать повышенную дискретность показаний.

Как и в случае с дефектоскопом, под ультразвуковым толщиномером чаще всего понимается электронный блок с подключённым при помощи кабеля и разъёмного соединения преобразователем. Хотя, конечно, встречаются модели (к примеру, электромагнитно-акустический толщиномер KROPUS AIR), у которых датчик встроен в корпус. Как правило, это сверхкомпактные модели для экспресс-контроля. В остальных случаях речь именно о выносных преобразователях (П111, П112 и др.). Сами же приборы в обязательном порядке имеют дисплей, клавиатуру, автономное питание от встроенного аккумулятора. У некоторых устройств также предусмотрена беспроводная связь по Bluetooth, WLAN или даже Wi-Fi. Ещё один важный элемент, о котором нельзя не сказать, – это специальные чехлы, которые обеспечивают комфортное закрепление прибора на поясе, на руке, груди и пр. Но подробнее об этом чуть позже.

Типы ультразвуковых толщиномеров

Ещё один важный параметр – это режим/метод измерений. В ГОСТ Р ИСО 16809-2015 описано четыре основных режима:

1) режим однократного эхо-сигнала. Заключается в том, чтобы измерять время прохождения от начального импульса возбуждения до первого эхо-сигнала, за вычетом коррекции нуля для учёта толщины протектора ПЭП, компенсации его износа и слоя контактной среды;

2) режим однократного эхо-сигнала линии задержки. Ультразвуковой толщиномер измеряет время прохождения от конца линии задержки до первого донного эхо-сигнала;

3) режим многократных эхо-сигналов. Состоит в том, чтобы измерять время прохождения между донными эхо-сигналами;

4) теневой метод. Заключается в том, чтобы измерять время прохождения импульса от излучателя до приёмника при контакте с донной поверхностью.

Выбор между ними зависит от затухания и толщины исследуемых материалов.

Что касается марок ультразвуковых толщиномеров, то на российском рынке широко представлена продукция отечественных и импортных производителей. В их числе – НПЦ «Кропус», НПК «ЛУЧ», Olympus, НПГ «Алтек», «Константа», GE (Krautkramer), Karl Deutsch, «Физприбор» и многие другие. Так, среди популярных моделей – УДТ-40, «Булат 3», УДТ-08, УДТ-20, «Булат 1М», DM5E, UDT-RF и пр. Что касается систем для автоматизированного контроля, то зачастую они проектируются индивидуально под конкретные условия производства.

Поверка ультразвуковых толщиномеров

1) внешнего осмотра. Включает проверку маркировки электронного блока и датчиков, отсутствия механических повреждений, целостности клейма, состояния разъёмов, кабелей и так далее;

2) опробования. Предполагает проведение серии измерений на эталонных мерах толщины, которые подбираются в зависимости от рабочего диапазона. Процедура направлена на то, чтобы убедиться, что ультразвуковой толщиномер можно настроить на нормированные значения скорости УЗК;

3) определения основной абсолютной погрешности. Причём – для всех диапазонов заявленных измерений и для всех работоспособных преобразователей, которые идут в комплекте с прибором;

4) определения абсолютной погрешности для влияющих величин (там сложно, и нужно знать формулы).

Помимо мер толщины из стали либо алюминия, дополнительно используются меры радиуса кривизны, шероховатости, диаметра искусственного отражателя, не-параллельности рабочей и отражающей поверхностей. По завершении поверки оформляется протокол. Если ультразвуковой толщиномер успешно прошёл все процедуры, выдаётся свидетельство, в котором перечисляются номера преобразователей, использованных при измерениях (не исключая те, что были забракованы). На электронный блок наносят клеймо – для защиты от несанкционированного доступа внутрь прибора.

Если же он не прошёл поверку, то все клейма гасят, а вместо свидетельства на руки выдают извещение о непригодности. Дальше – либо ремонт, либо утилизация.

Выполнение ручных измерений при помощи ультразвукового толщиномера

Как выбрать ультразвуковой толщиномер для ручных измерений

Помимо вышеперечисленных параметров, прежде чем купить ультразвуковой толщиномер, рекомендуем обращать внимание на следующие характеристики и опции:

• доступные способы измерения. Так, для определения толщины стенки под лакокрасочным покрытием может потребоваться режим измерений между двумя максимальными сигналами в стробах. Для наибольшей точности результатов в некоторых моделях доступны измерения по переходу через «ноль», измерение времени между сигналами «эхо-эхо». Как уже отмечалось выше, цифровые микропроцессорные технологии вкупе с возможностями современного софта позволяют приборостроителям выпускать всё более совершенные ультразвуковые толщиномеры, с более «ветвистым» функционалом, с лёгким переключением между режимами и мощным интерфейсом по визуализации процесса измерений;
• шероховатость и температура поверхности объекта контроля. В ряде случаев может задержка – для создания дополнительного теплового барьера. Для измерений при температуре ниже -20 градусов могут и вовсе потребоваться специализированные преобразователи. Для грязных, корродированных, плохо зачищенных и окрашенных поверхностей наиболее эффективными могут оказаться ЭМА-преобразователи. С электромагнитно-акустическими датчиками работают, к примеру, ультразвуковые толщиномеры УДТ-40 и А1270;
• площадь контроля. Или – требования к производительности. Чем крупнее объекты контроля, тем разумнее выбирать прибор с поддержкой А- и Б-сканов;
• доступные для измерения материалы. Одни приборы могут работать только по стали, другие подходят для толщинометрии объектов из чугуна, пластика, полиэтилена, керамики, алюминиевых и других сплавов;
• наличие цветовой и/или звуковой автоматической сигнализации брака (либо виброотклика) – при получении показаний (недопустимых утонений), которые не укладываются в заданный пользователем диапазон. Оператор может ввести пороговые значения (минимум и максимум), которые будут, по сути, являться браковочным уровнем. Кроме того, в некоторых приборах есть такая удобная опция, как вычисление в % остаточной толщины – по сравнению с предварительно указанным исходным значением;
• удобство подключения разных преобразователей. В одних ультразвуковых толщиномерах предусмотрена автоматическая калибровка «нуля», коррекция V-образности и другие полезные опции, благодаря которым можно быстро сменять ПЭП без лишней мороки;
• объём внутренней памяти, возможность группировать, перезаписывать данные;
• ёмкость и скорость подзарядки аккумулятора;
• размер дисплея. Цветной экран – стал нормой для современных моделей. Но если к визуализации результатов нет особых требований, то можно обойтись более бюджетным вариантом. У большинства сверхкомпактных и миниатюрных приборов со встроенным датчиком дисплей тоже монохромный. Вполне адекватный вариант для точечных измерений;
• удобство и прочность чехла, кейса, ремней для закрепления на руках, на груди, поясе. Чем эргономичнее эти аксессуары, тем больше удовольствия от работы.

На форуме «Дефектоскопист.ру» зарегистрированы тысячи специалистов УЗТ. В разделе «Ультразвуковой контроль» вы можете прямо сейчас задать вопрос по выбору ультразвукового толщиномера, репутации разных производителей, ценам на новые и б/у приборы.

Где купить ультразвуковой толщиномер

Вы можете обратиться к проверенным производителям и официальным дистрибьюторам – партнёрам форума «Дефектоскопист.ру».

Источник

Ультразвуковая толщинометрия (УЗТ)

Определение ультразвуковой толщинометрии (УЗТ)

Ультразвуковая толщинометрия – основной метод, применяемый с целью оценки фактического значения толщины стенок элементов конструкций способом однократных измерений в местах, недоступных для измерения толщины механическим измерительным инструментом.

Приборы для проведения ультразвуковой толщинометрии

Наиболее часто используемые приборы – ультразвуковые толщиномеры, которые измеряют время прохождения ультразвукового импульса от излучателя до противоположной поверхности объекта контроля и обратно к преобразователю. Для проведения таких измерений доступ к противоположной поверхности объекта контроля не требуется. Благодаря этому, если противоположная поверхность объекта контроля является труднодоступной или полностью недоступной, необходимость разрезать объект контроля (что требуется при использовании микрометра или штангенциркуля) отсутствует.

С помощью ультразвуковых толщиномеров может быть измерена толщина изделий из большинства конструкционных материалов, таких как металлы, пластики, керамика, композиты, эпоксидная смола и стекло, а также толщина слоя жидкости или биологических образцов.

Ультразвуковая толщинометрия имеет в настоящее время большое значение для получения информации о размерах объекта контроля – измерении толщины стенок труб, сосудов, резервуаров, корпусов морских и речных судов и других изделий, доступ к которым имеется только с одной стороны, а также принятии заключений об остаточном ресурсе эксплуатации изделий и управляющих решений по обеспечению качества продукции.

Основной способ измерения толщины – эхо-метод

Эхо-метод позволяет контролировать изделия при одностороннем доступе к ним. Это особенно ценно при проверке изделий, в которых отсутствует двусторонний доступ. Кроме того, чувствительность эхо-метода значительно выше теневого. В эхо-методе отражение даже 1 % энергии очень хорошо не только обнаруживается, но и измеряется.

Кроме того, эхо-метод позволяет определить, на какой глубине находится дефект. Если временное расстояние между зондирующим и отраженным от противоположной поверхности детали (донный импульс) принять за размер детали, то время между посылаемым импульсом и моментом прихода отраженного от дефекта импульса дает глубину залегания дефекта. Кроме того, по амплитуде отраженного сигнала можно судить о размерах дефекта, а изучая спектральный состав отраженного импульса, можно получить информацию о типе и форме дефекта. Главный недостаток эхо-метода – наличие мертвой зоны под датчиком, что не дает возможности применять его для тонких изделий.

Различают три вида задач при измерении толщины, которым соответствуют три группы приборов:

• Ручной контроль изделий с гладкими параллельными поверхностями, например изделий после их изготовления.
• Ручной контроль изделий с грубыми непараллельными поверхностями, например изделий, внутренняя поверхность которых поражена коррозией.
• Автоматический контроль в потоке (обычно труб).

При решении задач 1 и 3 основное требование – высокая точность измерений. При решении задачи 2 важное требование – высокая чувствительность, чтобы фиксировать рассеянное отражение от неровной противоположной поверхности, определять места наибольшего локального утончения стенок. Требования к точности измерения снижены. При ручном контроле нужно обеспечить широкий диапазон измерений, причем главная трудность – в снижении минимально измеряемой толщины. Результаты измерений необходимо представить в наглядной форме, например на цифровом табло.

Преобразователь – излучатель и приемник для целей ультразвукового контроля, действие которых основано на пьезоэлектрическом и электромагнитно-акустическом эффекте.

Виды преобразователей

По назначению преобразователи делят на нормальные (прямые), служащие для генерации продольных волн и наклонные (призматические), используемые для возбуждения нормальных, поперечных и поверхностных волн. По функциональным признакам преобразователи подразделяют на раздельные, совмещенные и раздельно-совмещенные.

Раздельные преобразователи в процессе контроля выполняют функции либо излучателя, либо приемника и их включают по раздельной схеме (пьезоэлемент подключен либо к генератору, либо к усилителю).

Совмещенные преобразователи включают по совмещенной схеме (пьезоэлемент соединен одновременно с генератором и усилителем) и они выполняют поочередно функции то излучателя, то приемника.

Раздельно-совмещенные преобразователи содержат два пьезоэлемента, включенных раздельно, но конструктивно объединенных в одном корпусе. Раздельно-совмещенные преобразователи отличаются минимальным уровнем собственных шумов, очень малой мертвой зоной, высокой чувствительностью. С их помощью можно добиться выравнивания чувствительности к дефектам, расположенным на разной глубине. Именно эти ПЭП наиболее часто Мы используем в работе по УЗТ.

Источник