13. На каком физическом принципе основана ультразвуковая толщинометрия?

Как правило, ультразвуковой метод измерения толщины применяется в местах, недоступных или труднодоступных для измерения толщины механическим измерительным инструментом. Особенно широко этот метод используется для определения толщины стенок труб, котлов, сосудов, то есть объектов замкнутого типа или с односторонним доступом.

Необходимость и возможность проведения измерений должна быть согласована между заказчиком и специалистами по контролю с целью:

• оценки технической возможности измерения толщины с заданной погрешностью;

• проведения своевременной подготовки производства (разработка методики измерения толщины, изготовление образцов, приспособлений и т. п.).

Если условия 1 - 3 не выполняются, а также в тех случаях, когда конструкторская документация предусматривает факультативное измерение толщины ультразвуковым методом, оценка годности объекта не производится.

Физический принцип заключается в следующем: в измерении времени t пробега ультразвуковых импульсов между поверхностями измеряемого изделия, которое прямо пропорционально толщине изделия и обратно пропорционально скорости ультразвука, т.е.:

14. Какие виды акустических трактов используются при контроле толщин изделий?

В основном на практике реализуется четыре типа акустического тракта толщиномеров: контактные с раздельно-совмещенным пьезопреобразователем, с совмещенным преобразователем и твердотельной линией задержки, без линии задержки и иммерсионный с совмещенным преобразователем (рисунок 5.1).

1 2 3 4

Рисунок 5.1 – Акустические тракты эхо-импульсных толщиномеров

Толщина контролируемого изделия d определяется для первой схемы по формуле

(5.2)

где t₁ - общее время пробега УЗ-импульса;

t₂ и t₃ - время пробега УЗ- импульса по одной и по второй призмам соответственно.

Время пробега по слою жидкости мало по сравнению с t.

Для второй схемы рассмотрим эпюры импульсов на пьезоэлементе (рисунок 5.2). Здесь U - импульс с генератора; O₁ и O₂ - импульсы, отраженные от внешней и внутренней поверхностей изделия; O₃,... - импульсы многократных отражений между поверхностями; t - удвоенное время прохождения импульсов между поверхностями.

Рисунок 5.2 – Эпюры импульсов для схемы с задержкой

На практике измерение толщины ведется, как правило, по первому интервалу t между импульсами O₁ и O₂. Это объясняется наибольшей амплитудой импульса O₂ по сравнению с другими (O₃, O₄, ...) и минимальным искажением этого сигнала, т.к. он претерпевает лишь однократное отражение. Длину линии задержки необходимо выбирать такой, чтобы время t₁ было больше t_max, соответствующего максимальной измеряемой толщине.

Важное условие для акустического тракта с контактными преобразователями - минимальная толщина слоя контактной смазки.

Иммерсионный вариант тракта с совмещенным преобразователем (см. рисунок 5.1). Здесь твердотельная линия задержки заменена жидкостной. Показания прибора не зависят от расстояния между преобразователем и изделием, если высота промежуточного столба жидкости такова, что выполняется условие t₁>t_max.

Акустический тракт толщиномеров по схеме (рисунок 5.1) отличается тем, что время пробега колебаний по протектору, как правило, меньше длительности импульсов O₁, т.е импульсы U и O₁ практически сливаются. Поэтому максимальная толщина изделия ограничивается только затуханием ультразвука.