Single Element Transducer Modes
Jak ultrazvukové tloušťkoměry fungují?
Ať už se chcete dozvědět základy o ultrazvukových tloušťkoměrech nebo chcete těmto zařízením porozumět víc do hloubky, tato příručka prozkoumá jejich technické aspekty, způsoby měření a klíčové aspekty. Ultrazvukové tloušťkoměry lze použít k měření různých materiálů, lepší porozumění jejich fungování vám tedy může pomoci provést přesnější a účinnější testy.
Jak ultrazvukové tloušťkoměry měří tloušťku?
Ultrazvuková měřidla používají k měření tloušťky testovaného kusu fyziku zvukových vln. Tloušťkoměry analyzují, jak organizované mechanické vibrace procházejí kovy, plasty a jinými průmyslovými materiály, a měří čas, který uběhne při přenosu zvukového pulzu testovaným kusem, než se odrazí zpět od vnitřního povrchu nebo vzdálené stěny. Obecně platí, že čím delší je čas, tím větší je tloušťka materiálu. Tato ultrazvuková zařízení používají mnohem vyšší frekvence zvukové energie než ty, které lze zachytit lidským uchem. Horní hranice slyšitelného zvuku je obvykle kolem 20 kHz, ale ultrazvukové tloušťkoměry mohou pracovat s frekvencí až do 500 kHz nebo dokonce více.
Snímače, které přenášejí zvukové impulsy, obsahují piezoelektrické měniče, které jsou buzeny krátkými elektrickými impulsy. To generuje ultrazvukové vlny, které procházejí testovaným kusem a odrážejí se zpět ke snímači. Jakmile se zvukový impuls vrátí, je převeden na zvukovou energii. Měřič používá tuto zvukovou energii k výpočtu tloušťky na základě následující rovnice:
T = (V) x (t/2)
T = tloušťka měřeného dílu
V = rychlost zvuku v testovaném materiálu
t = změřená doba, jak dlouho trvá vlně cesta na opačnou stěnu a zpět
Režimy měření
Jednoměničové snímače: Režim 1, Režim 2 a Režim 3
Jakmile měřič vygeneroval zvukový impuls a přijal jeho odezvy, lze měření času provést několika způsoby. Tři běžné metody pro měření časového intervalu, který představuje pohyb zvukové vlny testovaným kusem při použití běžných kontaktních snímačů, snímačů s předsádkou a imerzních snímačů, jsou režim 1, režim 2 a režim 3. Typ snímače a požadavky na aplikaci obvykle určují, který režim zvolíte.
Režim 1 se používá nejčastěji. Měří časový interval mezi budicím impulsem, který generuje zvukovou vlnu, a první vracející se odezvou, a poté odečte malou hodnotu odsazení nuly, která kompenzuje zpoždění opotřebení desky fixního přístroje, kabelu a snímače.
Režim 1 je normální režim měření při testování kontaktními snímači. Jeho klíčovou výhodou je, že obvykle nabízí možnost největší maximální tloušťky. Protože je vyžadována pouze jedno koncové echo, má také nejlepší schopnost pronikání do náročných materiálů, jako jsou odlitky, plasty s nízkou hustotou a guma. Nevýhody režimu 1 spočívají v tom, že minimální měřitelná tloušťka je vyšší než v jiných režimech a přesnost může být o něco nižší v důsledku variací vazby. Kontaktní snímače spojené s režimem 1 lze použít pouze na materiály s povrchovou teplotou pod 50 °C nebo 125 °F, takže není možné měření při vysoké teplotě.
Režim 2 zahrnuje měření časového intervalu mezi echem od rozhraní odraženého od blízkého povrchu testovaného kusu a prvním koncovým echem, což představuje jednu uzavřenou dráhu v testovaném kusu. Tento režim obvykle vyžaduje snímače s předsádkou nebo imerzní snímače.
Režim 2 se často používá k:
- optimalizaci rozlišení blízkého povrchu u plastů a kompozitů
- provádění vysokoteplotního měření se snímači s vysokoteplotními předsádkami
- provádění měření v ostrých záhybech pomocí fokusovaných imerzních snímačů a fokusovaných nebo zaoblených snímačů s předsádkou
- Provedení měření materiálu, který se pohybuje na lince, pomocí imerzních snímačů
Hlavní nevýhodou měření v režimu 2 je to, že maximální tloušťka je omezena délkou předsádky.
Režim 3 zahrnuje měření časového intervalu mezi dvěma po sobě jdoucími koncovými echy, které představují jednu uzavřenou dráhu v testovaném kusu a které jsou změřeny pomocí snímače s předsádkou nebo imerzního snímače.
Režim 3 obvykle nabízí nejvyšší přesnost měření a nejlepší rozlišení minimální tloušťky, ale na druhou stranu omezuje maximální tloušťku. Tento režim vyžaduje dvě nebo více čistých vícenásobných koncových ech, což obvykle omezuje jeho použití na materiály s relativně nízkým útlumem a vysokou akustickou impedancí, jako jsou jemnozrnné kovy, keramika a sklo. Měření lze provádět při vysokých teplotách pomocí vhodných vysokoteplotních předsádek. Režim 3 také nabízí výhodu vyjmutí tenkých nekovových povlaků, jako je barva, z měření tloušťky kovů s povlakem.
Dvouměničové snímače
Dvouměničové snímače obsahují samostatné vysílací a přijímací měniče připevněné na předsádkách, které slouží jako vlnovody k zaměření zvukového svazku v dráze ve tvaru písmene V a jako tepelné izolátory k ochraně aktivního měniče během měření při vysoké teplotě. Měření času odezvy se v režimu 1 často provádí s velkou hodnotou odsazení nuly, aby se odečetla doba přenosu impulzu předsádky, a také trigonometrickou korekcí pro kompenzaci zvukové dráhy v testovaném materiálu, která je ve tvaru písmene V.
Aspekty měření ultrazvukového tloušťkoměru
Při měření ultrazvukovými tloušťkoměry musíte vzít v úvahu mnoho vnějších vlivů, abyste zajistili přesnost a bezpečnost. Další informace najdete na následujících stránkách, kde se dozvíte o faktorech, které ovlivňují podmínky ultrazvukového testování a kontroly:
