Ultraljudsmätare

Ultraljudsinstrument för tjockleksmätning

Ultraljudstjockleksmätare används för mät tjockleken på material genom att bara komma åt ena sidan av väggen med hjälp av ultraljudsvågor.

När en ultraljudsvåg skickas genom materialet är denna signal reflektion från materialets bakvägg och tas emot av avkännarmätarsonden. Fördröjningen mellan att skicka och ta emot signalen kan användas för beräkna tjockleken på materialet.

För att kunna mäta tjockleken på en vägg med en ultraljudsmätare måste materialet vara homogent och kompakt. Nästan alla metaller lämpar sig för mätning med en ultraljudstjockleksmätare, liksom andra material som glas, plast och även vissa typer av gummi.

Ultraljudstjockleksmätaren används vid förebyggande underhåll, vanligt underhåll, vid oförstörande tester eller för mottagande av material i produktionsfasen.

Valet av ultraljudsmätare måste ske utifrån den ansökan som ska behandlas. Du kan välja instrument med en generisk sond, lämplig för många tillämpningar, eller instrument med utbytbara prober som kan anpassas till specifika tillämpningar (hög temperatur, förekomst av färger, stor mätarea, material som är särskilt svåra att mäta på grund av medium och låg densitet).

Ultraljudstjockleksmätare med numerisk display

Ultraljudstjockleksmätare med grafisk display

Ultraljudstjockleksmätare för undervattensbruk

TEKNISK DYP

Typiska applikationer

De vanligaste applikationerna där ultraljudstjockleksmätare används är mätning av korrosionsnivån på metalliska artefakter (tankar, fartygsskrov, kranar, portaler, rör, cisterner och plattor i allmänhet).

Korroderad metall bär inte ultraljudsvågor eftersom den innehåller luft.

Med hjälp av en ultraljudstjockleksmätare kan du enkelt mäta tjockleken på den okorroderade delen av metallen.

Detta är särskilt användbart när baksidan av materialet är utom räckhåll, detta är fallet med många fartygsskrov, rör och tankar.

Andra vanliga applikationer är att mäta väggtjockleken på plast- och glasflaskor, metallburkar eller plastbehållare. 

Utbud av ultraljudstjockleksmätare

RODER erbjuder tre olika verktygssortiment:

• Ultraljudstjockleksmätare med numerisk display (lämplig för tjockleksmätning och korrosionskontrollapplikationer)

• Ultraljudstjockleksmätare med grafisk display (med A-scan / B-scan funktioner och grafisk visning av ultraljudsvågformen och relaterade ekon)

• Tjockleksmätare för undervattensapplikationer

Arbetsprincip av ultraljudstjockleksmätare

Ultraljudstjockleksmätaren är ett instrument som används för att detektera tjockleken på ultraljudsledande material på ett oförstörande sätt. De första ansökningarna går tillbaka till 60-talet.

Nuvarande ultraljudsmätinstrument utnyttjar, samtidigt som de använder modernare insamlingssystem och mer avancerade och kompletta visuella gränssnitt, samma fysiska princip som de första mätinstrumenten som byggdes under förra seklet.

Ultraljudstjockleksmätare bestämmer tjockleken på ett material genom en noggrann mätning av den tid det tar för en ultraljudspuls, genererad av en piezoelektrisk givare, att färdas genom tjockleken på ett material och återvända till dess källa. Tiden det tar för ljudvågens tur och retur delas i hälften och multipliceras sedan med ljudets utbredningshastighet som refereras till det specifika materialet.

Givaren innehåller ett piezoelektriskt element som exciteras av en kort elektrisk puls för att generera ett tåg av ultraljudsvågor. Ljudvågorna kopplas till materialet som ska testas och färdas genom det tills de möter en bakvägg eller annan typ av material (luft, vatten, rost, emalj, etc). Reflexerna går sedan tillbaka till givaren som omvandlar ljudenergin till elektrisk energi. I princip fångar givaren upp ekot från motsatt sida. Normalt är detta tidsintervall några miljondelar av en sekund. Ultraljudstjockleksmätaren är programmerad med ljudhastigheten i materialet som testas och kan sedan beräkna tjockleken med hjälp av det enkla matematiska förhållandet

T = V x ( t / 2 )

duva

T = väggtjocklek

V = ljudets hastighet i testmaterialet

t = ruttens transittid

I vissa fall subtraheras en nollförskjutning för att ta hänsyn till fasta instrument- och ljudvägsfördröjningar (t.ex. avståndet mellan ultraljudstranslatorn och sondmaterialets kopplingspunkt).

Det är viktigt att notera att ljudhastigheten i testmaterialet är en väsentlig del av denna beräkning. Olika material sänder ut ljudvågor med olika hastighet, generellt snabbare i hårda material och långsammare i mjuka material. Ljudhastigheterna kan också ändras avsevärt med temperaturen. Det är därför alltid nödvändigt att kalibrera en ultraljudsmätare för ljudhastigheten i materialet som ska mätas, och noggrannheten kan bara vara lika bra som denna specifika kalibrering. Detta sker normalt genom att referera till ett provobjekt vars tjocklek är känd och certifierad. Vid mätningar vid höga temperaturer är det också nödvändigt att komma ihåg att ljudets hastighet minskar med temperaturen, därför bör referensmätningen utföras vid samma temperatur som "fälttestet" för maximal precision.

Höga svängningsfrekvenser hos översättaren har en kortare våglängd vilket möjliggör mätning av tunnare material. Lägre frekvenser med längre våglängd penetrerar längre och används för att testa mycket tjocka prover, eller svårare material att passera genom såsom glasfiber och grovkorniga smälta metaller (t.ex. gjutjärn) där ljudvågor är mindre effektiva att passera igenom. Att välja en optimal testfrekvens innebär ofta att man balanserar dessa två krav (upplösning och penetration).

Ljudvågor i megahertzområdet färdas inte effektivt genom luften, så en droppe kopplingsmedel används mellan givaren och provet för att uppnå bra ljudöverföring. Vanliga kopplingsmedel är glycerin, propylenglykol, vatten, olja och gel. Endast en liten mängd behövs, precis tillräckligt för att fylla det extremt tunna gapet som bildas mellan givaren och materialet som ska mätas.

Fördelar med ultraljudsmätning

Mät endast från ena sidan av materialet

Ultraljudstjockleksmätare används ofta i situationer där operatören endast har tillgång till en sida av materialet, såsom rör eller kanaler, eller i de fall där enkel mekanisk mätning är omöjlig eller praktiskt genomförbar av andra skäl, såsom överdriven storlek på produkten, åtkomstbegränsningar eller mekanisk ogenomförbarhet (t. Det enkla faktum att tjockleksmätningar med ultraljudsteknik enkelt och snabbt kan göras från endast en sida, utan att behöva skära delar, är en av de främsta fördelarna med denna teknik.

Icke-förstörande mätning

Ingen skärning eller sektionering av delar krävs, vilket sparar kostnader för skrot- och provberedningsarbete.

Mycket pålitlig

Moderna digitala ultraljudsmätare är mycket exakta, repeterbara och pålitliga och i många fall lämpade för användning även av icke-expert personal.

Mångsidig

Nästan alla vanliga tekniska material kan mätas med lämpliga konfigurationer: metaller, många plaster, kompositer, glasfibrer, glas, kolfiber, keramik och gummi. 
De flesta ultraljudstjockleksmätare kan förprogrammeras med flera avsedda användningsområden

Brett mätområde

Ultraljudsmätare finns tillgängliga för mätområden från 0,2 mm upp till 500 mm beroende på material och givaretyp. Upplösningar ner till 0,001 mm kan uppnås.

Lätt att använda

De allra flesta applikationer som använder ultraljudstjockleksmätare kräver enkla förprogrammerade inställningar och lite operatörsinteraktion.

Omedelbart svar

Ultraljudsmätning görs vanligtvis på bara en eller två sekunder för varje mätpunkt och de numeriska resultaten visas omedelbart som en digital avläsning på displayen.

Kompatibel med dataloggning och statistiska analysprogram

De flesta av de moderna bärbara ultraljudstjockleksmätarna erbjuder både en lokal datalogger för mätdata och valfria USB- eller RS232-portar för att överföra mätningarna till en extern dator för arkivering och vidare analys.

Valet av sond och instrument

För varje ultraljudsmätningstillämpning är valet av ett instrument och en lämplig givare grundläggande, baserat på typen av testmaterial, dess tjockleksområde, graden av precision som krävs av mätningen. Det är också nödvändigt att ta hänsyn till delens geometri, temperatur och andra speciella omständigheter som kan påverka testuppställningen.

Generellt sett är den bästa sonden för varje typ av mätning den som lyckas skicka in tillräckligt med ultraljudsenergi i materialet, med tanke på att instrumentet måste få ett adekvat retureko. Det finns många faktorer som påverkar utbredningen av ultraljud.

Styrka på utsignalen

Ju starkare utgående signal, desto starkare returekot som ska detekteras och bearbetas. Denna parameter beror i grunden på storleken på den komponent i sonden som avger ultraljudet och på givarens resonansfrekvens.

Ett stort emitterande område, tillsammans med ett stort kopplingsområde med materialet som testas, kommer att skicka mer energi in i materialet än en mindre emitterande yta.

Absorption och dispersion

När ett ultraljud passerar genom ett material absorberas en del av den utsända energin av själva materialet. Om provmaterialet har en granulär struktur kommer ultraljudsvågen att uppleva en spridnings- och dämpningseffekt. Båda fenomenen orsakar en minskning av ultraljudsenergin och följaktligen instrumentets förmåga att uppfatta returekot. Högfrekvent ultraljud påverkas mer av spridningseffekter än lågfrekventa vågor.   

Materialtemperatur

Hastigheten för ljudutbredning inuti ett material är omvänt proportionell mot dess temperatur. När det är nödvändigt att mäta prover med hög yttemperatur, upp till högst 350 °C, ska sonder speciellt utformade för högtemperaturmätningar användas. Dessa speciella sonder är byggda med hjälp av speciella processer och material, som gör att de kan motstå de fysiska påfrestningarna från höga temperaturer utan att skadas.

Sond/ytkoppling

En annan mycket viktig parameter är kopplingen mellan ytan som testas och spetsen på sonden. En god vidhäftning mellan de två ytorna säkerställer att instrumentet presterar på bästa sätt och ger en tillförlitlig och realistisk mätning. Av denna anledning rekommenderas det att före varje mätning se till att ytan och sonden är fria från damm, rester och smuts.

För att garantera en utmärkt koppling och eliminera det tunna luftskiktet som ligger mellan sonden och ytan, är det nödvändigt att använda en kopplingsvätska.

Sondtyp

Alla givare som vanligtvis används med ultraljudstjockleksmätare har ett resonant keramiskt element och skiljer sig åt i hur denna givare är kopplad till materialet som testas.

Kontaktgivare: Kontaktgivare används i direkt kontakt med provet. En tunn "slitplatta" skyddar pärlan från skador vid normal användning. Beröringsgivares mätningar är ofta de enklaste att göra och är vanligtvis den första vägen att gå för de flesta applikationer för tjockleks- eller korrosionsmätning.

DELAY LINE-givare: Fördröjningsledningsgivare innehåller en plastcylinder, vanligtvis epoxi eller smält kiselharts, som används som en fördröjningslinje mellan det aktiva elementet och teststycket. En av de främsta anledningarna till deras användning är för mätningar av tunna material, där det är viktigt att separera excitationspulsen från bakväggsekon. Dessutom kan en fördröjningsledning användas som en värmeisolator, som skyddar det värmekänsliga transduktorelementet från direkt kontakt med det heta materialet. Slutligen kan fördröjningslinjer formas för att förbättra ultraljudskopplingen i trånga utrymmen.

Immersionsgivare: Immersionsgivare använder en kolonn eller vattenbad för koppling till materialet. De kan användas för onlinemätningar direkt på produktionslinjen eller för att mäta rörliga produkter

Dual Element Transducers: Dual Element Transducers, eller helt enkelt "dual", används främst för mätningar på grova eller korroderade ytor. De innehåller separat sändning och mottagning, med två element monterade på en fördröjningslinje i en liten vinkel för att koncentrera ljudenergin ett exakt avstånd under ytan av ett provstycke. Även om mätningar med dubbla givare ibland är mindre exakta än de som görs med andra typer av givare, presterar de vanligtvis betydligt bättre i korrosionskontrollapplikationer och där det finns många ojämnheter i materialytorna.

Gränser för ultraljudstjockleksmätare

En av de viktigaste begränsningarna för ultraljudstjockleksmätare ligger i omöjligheten att mäta material som inte är kompakta eller inte är homogena.

Närvaron av mikrobubblor (som till exempel i expanderade material eller i vissa typer av gjutjärn) eller mikrodiskontinuiteter kan leda till en betydande dämpning av returekot och därför omöjligheten att exakt bestämma tjockleksmätningen. I vissa fall är returekot inte ens närvarande eftersom det är helt dispergerat i materialets "mikrokaviteter".

Vidare tillåter mätningen i icke-homogena material (flera laminat, bituminösa agglomerat, hartser laddade med glasfibrer, cement, trä, graniter) samtidigt som det ger möjlighet att bestämma ultraljudsekots transittid fram och tillbaka, inte tjockleken på materialet att entydigt bestämmas på grund av förekomsten av flera material som bidrar till olika material som bidrar till ekot.

Avancerad användning av ultraljudsmätnings- och analystekniker

Vissa typer av ultraljudsmätinstrument, särskilt de som är utrustade med en grafisk display, kan utföra detaljerade analyser av vågformen för det mottagna ultraljudet och tillåter därför större kontroll av parametrarna som är involverade i tjockleksmätning med ultraljud (förstärkning, förstärkning, tröskel).

Vi rapporterar nedan detaljerna i några grafiska och numeriska representationer av data som erhållits av ett instrument med avancerade egenskaper för analys av mottaget ultraljud.

A-SCAN – RF-läge

RF-läget visar vågformen som liknar ett oscilloskop. Visar både positiva och negativa toppar. Toppen (både positiv och negativ) som valts för mätning visas i den övre delen av displayen. Detta är det föredragna läget för exakt mätning av tunna föremål med hjälp av en blyertsgivare. Det är viktigt att notera att mätningen måste passa inom den synliga displayen för att kunna se vågformen. Men även om vågformen är utanför den synliga displayen kan en mätning fortfarande göras och visas i digitalt läge. Om vågen är borta från displayen kan du ändra intervallet manuellt genom att justera fördröjnings- och breddvärdena eller använda funktionen Autosök som finns i UTIL-menyn.

Följande är en lista över funktioner som är synliga på displayen: 

A) Läsindikatorns stabilitet : Indikerar stabiliteten för returekot på en skala från 1 till 6 – stapeln som visas i bilden ovan indikerar repeterbarhetssignal. Om mätaren visar en avläsning från minnet kommer repeterbarhetsindikatorn att ersättas med texten MEM

B) Batterinivåindikator : den enfärgade batterisymbolen betyder att batteriet är fulladdat. Obs: på bilden ovan är batteriet på 50%

C) Tjockleksavläsning : digital avläsning av tjocklek (i tum eller millimeter)

D) Lagerindikator : Den vertikala streckade linjen visar detekteringspunkten för nollgenomgång på den vågform där mätningen erhölls. Observera att den digitala tjockleksavläsningen är densamma som lagerindikatorns placering enligt F-värdena som visas i bilden

E) Ekosignal : Grafisk representation av ekovågformen ritad på Y-axeln med hänvisning till amplitud och på X-axeln med hänvisning till tid.

F) Mätetiketter : Mätetiketterna beräknas på basis av den inställda fördröjningen (vänster sida av skärmen) och på basis av den inställda Width-parametern (breddvärde för varje referensskåra)

G) Måttenhet : Visar aktuell måttenhet.

H) Heta menyer: Varje plats som visas under vågformen kallas en "het meny" . Dessa platser möjliggör en snabb visualisering av alla viktiga parametrar för instrumentet.

---

A-SCAN – Rectified Mode

Rectified A-Scan-läge visar halv vågform. Både positiva och negativa toppar visas baserat på den valda polariteten. Detta är den bästa visningsvyn för feldetekteringsapplikationer. Det är viktigt att notera att mätningen måste passa inom den synliga displayen för att kunna se vågformen. Men även om vågformen är utanför den synliga displayen kan en mätning fortfarande göras och visas i digitalt läge. Om vågen är borta från displayen kan du ändra intervallet manuellt genom att justera fördröjnings- och breddvärdena eller använda funktionen Autosök som finns i UTIL-menyn.

Följande är en lista över funktioner som är synliga på displayen: 

A) Stabilitet för avläsningsindikatorn: indikerar stabiliteten för returekot på en skala från 1 till 6 – stapeln som visas i bilden ovan indikerar repeterbarhetssignalen. Om PVX visar en avläsning från minnet kommer repeterbarhetsindikatorn att ersättas med texten MEM

B) Batterinivåindikator: den fullfärgade batterisymbolen betyder att batteriet är fulladdat. Obs: på bilden ovan är batteriet på 50%

C) Tjockleksavläsning: digital tjockleksavläsning (i tum eller millimeter)

D) Bäringsindikator: Den vertikala streckade linjen visar detekteringspunkten för nollgenomgång på den vågform där mätningen erhölls. Observera att den digitala tjockleksavläsningen är densamma som lagerindikatorns placering enligt F-värdena som visas i bilden

E) Ekosignal: Grafisk representation av ekovågformen ritad på Y-axeln med hänvisning till amplituden och på X-axeln med hänvisning till tiden.

F) Mätetiketter : Mätetiketterna beräknas på basis av den inställda fördröjningen (vänster sida av skärmen) och på basis av den inställda Width-parametern (breddvärde för varje referensskåra)

G) Måttenhet : Visar aktuell måttenhet.

H) Heta menyer: Varje plats som visas under vågformen kallas en "het meny" . Dessa platser möjliggör en snabb visualisering av alla viktiga parametrar för instrumentet.

---

B-SCAN

B-Scan-läget visar en tvärsnittsvy av materialsektionen som ska mätas. Denna vy används vanligtvis för att se botten- eller blindkonturen av materialytan. Det är väldigt likt fishfindern. Om en defekt lokaliseras under en skanning kommer B-Scan att rita upp defekten på skärmen. Rektangeln (E) representerar materialets tvärsnitt. Du kommer att märka att den totala tjockleken på materialet kommer att vara 500” och displayen varierar från 0.00” till 1.00” respektive. Bilderna visas med en hastighet av 15 sekunder per skärm från höger till vänster. Observera också att vid punkt J har tjockleken ett plötsligt fall.

Det är viktigt att ställa in mätområdet på displayen brett så att den maximala tjockleken på materialet kan ses. 

Följande är en lista över funktioner som är synliga på displayen: 

A) Läsindikatorns stabilitet : Indikerar stabiliteten för returekot på en skala från 1 till 6 – stapeln som visas i bilden ovan indikerar repeterbarhetssignal. Om PVX visar en avläsning från minnet kommer repeterbarhetsindikatorn att ersättas med texten MEM

B) Batterinivåindikator : den enfärgade batterisymbolen betyder att batteriet är fulladdat. Obs: på bilden ovan är batteriet på 50%

C) Tjockleksavläsning : digital avläsning av tjocklek (i tum eller millimeter)

D) B-SCAN visningsområde: Detta är området där B-skanningen visas

E) B-scan graf : B-scan grafvisningsområde B-scanningen visas från höger till vänster med en hastighet av 15 sekunder per skanning.

F) Mätetiketter : Mätetiketterna beräknas på basis av den inställda fördröjningen (vänster sida av skärmen) och på basis av den inställda Width-parametern (breddvärde för varje referensskåra)

G) Måttenhet : Visar aktuell måttenhet.

H) Heta menyer: Varje plats som visas under vågformen kallas en "het meny" . Dessa platser möjliggör en snabb visualisering av alla viktiga parametrar för instrumentet.

 I) Scan Bar: Skanningsstapeln representerar grafiskt det uppmätta tjockleksvärdet och representerat i B-scan-grafen. Den är mycket användbar för att söka efter defekter med direkta skanningar på materialet.

J) Tilltugg: B-scan-vyn låter dig se materialets profil från motsatt sida av mätsidan.

---

SIFFROR

DIGIT-displayen låter dig se det aktuella tjockleksvärdet med hjälp av stora, lätt synliga tecken. Skanningsfältet har lagts till för att operatören ska kunna upptäcka defekter och oregelbundenheter under skanningsoperationer.

Detta är listan över visningsfunktioner i siffror.

A) Läsindikatorns stabilitet : Indikerar stabiliteten för returekot på en skala från 1 till 6 – stapeln som visas i bilden ovan indikerar repeterbarhetssignal. Om PVX visar en avläsning från minnet kommer repeterbarhetsindikatorn att ersättas med texten MEM

B) Batterinivåindikator : den enfärgade batterisymbolen betyder att batteriet är fulladdat. Obs: på bilden ovan är batteriet på 50%

C) Tjockleksavläsning : digital avläsning av tjocklek (i tum eller millimeter)

D) DIGITS visningsområde: Detta är området där tjockleken visas

F) Mätetiketter : Mätetiketterna beräknas på basis av den inställda fördröjningen (vänster sida av skärmen) och på basis av den inställda Width-parametern (breddvärde för varje referensskåra)

G) Scan bar : Skanningsfältet motsvarar direkt tjockleksvärdet. Denna skärm används ofta för att skanna material med B-SCAN-funktionen. Det är mycket lätt att observera förekomsten av defekter med hjälp av skanningsfältet.
H) Heta menyer: Varje plats som visas under vågformen kallas en "het meny" . Dessa platser möjliggör en snabb visualisering av alla viktiga parametrar för instrumentet.