超聲波測厚儀使用方法簡(jiǎn)介

測厚的方法很多，相應的儀器也很多，除一般機械法測厚外，常用的測厚儀從原理上有：射線(xiàn)測厚儀、超聲波測厚儀、磁性測厚儀、電流法測厚儀等。超聲波測厚儀與利用其他原理制作的測厚儀相比，有小型、輕便、測量速度快、精度高、電池供電、容器內積累成污垢不影響測量精度等優(yōu)點(diǎn)。因此，近年來(lái)工業(yè)上測厚所使用的測厚儀大部分都是超聲波測厚儀。
超聲波測厚儀我國應用的比較早，早在60年代，我國就自行設計制成表頭式CCH-J-1型脈沖反射式測厚儀，并大量生產(chǎn)供用戶(hù)使用?，F在已應用數字技術(shù)制成UTM-101H型數字式測厚儀。
近年來(lái)脈沖反射式測厚儀發(fā)展非?？?。由于采用集成電路，數字式測厚儀小到可以握在手掌之中重量不超過(guò)一市斤。測量下限降至0.25毫米，上限一般為幾百毫米，精度可達到0.01毫米。
超聲波測厚儀從原理上分有共振式、脈沖式兩種，下面重點(diǎn)討論脈沖反射式測厚儀。
(一)基本原理
脈沖反射式測厚儀從原理上來(lái)說(shuō)是測量超聲波脈沖在材料中的往返傳播時(shí)間t，即：d=c*t/2
如果聲速c已知，那么，測得超聲波脈沖在材料中的往返傳播時(shí)間t，就可求得材料厚度d。這種測厚儀可利用表頭或數字管直接表示厚度，使用極為方便。
測厚儀電路工件原理方框圖示于右圖。發(fā)射電路輸出一個(gè)上升時(shí)間很短，脈沖很窄的周期性電脈沖，通過(guò)電纜加到探頭上，激發(fā)壓電片產(chǎn)生脈沖超聲波，探頭發(fā)出的超聲波進(jìn)入工件，在工件上下兩面形成多次反射。反射波經(jīng)過(guò)壓電片再變成電信號，經(jīng)放大器放大，由計算電路測出聲波在兩面間的傳播時(shí)間t，zui后再換算成厚度顯示出來(lái)。
(二)脈沖反射式測厚儀電路概述
脈沖反射式測厚儀電路主要是由于主控器、發(fā)射電路、接收放大電路、計算電路、厚度顯示等幾部分組成。
下面就其中幾個(gè)主要部分討論如下。
1、發(fā)射電路
該電路是經(jīng)主控器發(fā)出的脈沖觸發(fā)后，產(chǎn)生一窄的發(fā)射脈沖信號，使換能器(探頭)發(fā)射超聲脈沖。從提高分辨能力和降低測厚儀范圍的下限考慮，發(fā)射脈動(dòng)沖要上升時(shí)間短，脈沖寬度窄，這里需要指出。影響發(fā)射脈沖寬度的因素既有電路上的問(wèn)題，也有探頭的制作問(wèn)題。從提高靈敏度和擴大測量范圍上限考慮，要求發(fā)射功率大。
目前脈沖式超聲波測厚儀均采用晶體管電路和集成電路，為了提高發(fā)射強度，需將幾伏電源電壓通過(guò)直流變換器升到幾十伏至幾百伏的電壓，供給發(fā)射管，借以提高發(fā)射強度。
2、接收放大電路
它主要是接收放大工件的底面反射信號。底面反射信號的幅度除受發(fā)射脈沖強度影響外，還受被測工件表面光潔度、藕合、材質(zhì)以及工件底面情況等影響，因此反射信號的幅度變化范圍很大，為使儀器有足夠的靈敏度，要求放大電路有較高的增益。但過(guò)分提高增益會(huì )使脈沖寬度變寬而影響測量精度。
3、計算電路和厚度顯示
數字式測厚儀測讀zui方便，測量精度也高，精度可達±0.01毫米，目前國內外生產(chǎn)的脈沖式超聲波測厚儀主要是數字式的。下面討論一下數字式測厚儀的計算電路和厚度顯示。
發(fā)射脈沖和經(jīng)過(guò)放大的底面反射信號(或相鄰兩個(gè)底面反射信號)觸發(fā)厚度閘門(mén)控制電路，輸出一個(gè)寬度與被測工件中超聲波傳播時(shí)間成正比的方波。用這方波來(lái)控制閘門(mén)電路啟閉。
高頻振蕩器輸出一系列高頻振蕩信號。在閘門(mén)電路開(kāi)啟期間，這些高頻信號通過(guò)閘門(mén)進(jìn)入計算器而被計數，zui后數字管顯示出開(kāi)門(mén)時(shí)間內的高頻振蕩次數。計數與開(kāi)門(mén)方波寬度成正比，方波寬度又正比于工件厚度，因此，計數正比于厚度。高頻振蕩器的頻率是可調的，根據不同的材料可調節振蕩頻率，使之開(kāi)門(mén)時(shí)間內振蕩次數等于工件厚度，這樣數字管就直接顯示出厚度來(lái)。
國產(chǎn)UTM-101H型數字式超聲波測厚儀精度為±0.1毫米，測量范圍是1.2-220毫米。
測量精度為0.1毫米時(shí)對于鋼來(lái)說(shuō)，相應的聲波傳播時(shí)間約0.03微秒，也就是要求高頻振蕩的一個(gè)周期為0.03微秒，即振蕩頻率調整約為30 兆赫左右，這時(shí)計數器就顯示以0.1毫米為單位的厚度值。如要讓測量精度達到0.01毫米，則高頻振蕩頻率約為300兆赫左右。但制作在這樣高頻率下工作的數字電路太困難了。實(shí)際解決辦法是在計數電路之前加一級方波信號擴展電路，使開(kāi)門(mén)時(shí)間準確擴大10倍，這樣用30兆赫左右的振蕩頻率也可使測量精度達到 0.01毫米。
(三)測厚儀的使用及注意事項
首先是選擇探頭。測厚用探頭一般要根據測厚范圍，測量精度和工件條件來(lái)選擇。雙晶片探頭比較好，它的測量范圍較寬，下限較低。
測厚時(shí)被測工件的表面處理與探傷時(shí)的要求相同。對粗糙表面測厚，要求打磨的面積不大，關(guān)鍵在于平整。
藕合劑選用也同探傷時(shí)一樣，對小徑管管壁和堅立的壁等的測厚，采用甘油或水玻璃為宜。
測量時(shí)，為避免耦合劑薄膜的多次反射或其他雜波信號引起的假讀數，一定要指示穩定且能重復呈現后再讀取數據。假讀數在絕大多數情況中指示是不穩定的。使用雙晶探頭時(shí)，對于一般無(wú)方向性問(wèn)題的工件。探頭放置方向無(wú)關(guān)，并且每個(gè)測點(diǎn)測一次即可。對于管道測厚，探頭的放置方向要使其隔聲層垂直于管道軸線(xiàn)，對于其他與探頭放置方向有關(guān)的測厚，各測點(diǎn)應測量二次(先測一次，然后將探頭旋轉90°再測一次)，并做好標記和記錄。
測量管材，尤其是測小徑管時(shí)，要細心左右擺動(dòng)探頭，使其與管壁正交，這樣才能獲得穩定準確的厚度指示。如儀器工作正常，但測不出厚度時(shí)，首先要檢查工件光潔度是否合格。耦合劑好不好，光潔度不夠再打磨一下，耦合劑太稀，應換粘度大一些的。如果仍然測不出來(lái)，這可能是內部腐蝕嚴重引起的，可把探頭稍移動(dòng)一點(diǎn)再測。
測厚中要注意成倍讀數或缺陷反射兩種情況，當讀數與預想值相差很多時(shí)，應該分析是什么原因引起的，看是出現了成倍讀數(讀數過(guò)大)還是缺陷反射(讀數過(guò)小);這時(shí)如有其他種類(lèi)測厚儀或探傷儀，應輔助測量一下，辨明原因。
對運行中高溫工件的測量，要使用高溫探頭和特殊的耦合劑。
通常管道中沉積物的聲阻抗與管材的聲阻抗相差很大，所以對厚度測量沒(méi)有影響。但在個(gè)別情況下，如煉油廠(chǎng)中提煉含硫量較高的天然石油時(shí)，管道和容器里形成一種劇鐵鹽沉積物，其聲阻抗與鋼的聲阻抗相近，這時(shí)測得的壁厚有可能是管壁厚與沉積物厚度之和。所以測量時(shí)要特別小心，當對所測得厚度有懷疑時(shí)，用小錘敲打幾下管壁，然后再測量一次。