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超聲波測(cè)厚儀使用方法簡(jiǎn)介

更新時(shí)間：2015-04-27      點(diǎn)擊次數(shù)：2358
測(cè)厚的方法很多
，相應(yīng)的儀器也很多，除一般機(jī)械法測(cè)厚外
，常用的測(cè)厚儀從原理上有：射線測(cè)厚儀
、超聲波測(cè)厚儀
、磁性測(cè)厚儀
、電流法測(cè)厚儀等。超聲波測(cè)厚儀與利用其他原理制作的測(cè)厚儀相比
，有小型、輕便
、測(cè)量速度快
、精度高
、電池供電、容器內(nèi)積累成污垢不影響測(cè)量精度等優(yōu)點(diǎn)
。因此
，近年來(lái)工業(yè)上測(cè)厚所使用的測(cè)厚儀大部分都是超聲波測(cè)厚儀。
超聲波測(cè)厚儀我國(guó)應(yīng)用的比較早
，早在60年代
，我國(guó)就自行設(shè)計(jì)制成表頭式CCH-J-1型脈沖反射式測(cè)厚儀
，并大量生產(chǎn)供用戶使用?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">，F(xiàn)在已應(yīng)用數(shù)字技術(shù)制成UTM-101H型數(shù)字式測(cè)厚儀
。
近年來(lái)脈沖反射式測(cè)厚儀發(fā)展非?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">？臁Ｓ捎诓捎眉呻娐?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">，數(shù)字式測(cè)厚儀小到可以握在手掌之中重量不超過(guò)一市斤
。測(cè)量下限降至0.25毫米
，上限一般為幾百毫米，精度可達(dá)到0.01毫米
。
超聲波測(cè)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(cè)厚儀
。
(一)基本原理
脈沖反射式測(cè)厚儀從原理上來(lái)說(shuō)是測(cè)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(cè)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(cè)厚儀可利用表頭或數(shù)字管直接表示厚度
，使用極為方便
。
測(cè)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(hào)
，經(jīng)放大器放大，由計(jì)算電路測(cè)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(cè)厚儀電路概述
脈沖反射式測(cè)厚儀電路主要是由于主控器
、發(fā)射電路、接收放大電路
、計(jì)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(hào)，使換能器(探頭)發(fā)射超聲脈沖
。從提高分辨能力和降低測(cè)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(kuò)大測(cè)量范圍上限考慮
，要求發(fā)射功率大
。
目前脈沖式超聲波測(cè)厚儀均采用晶體管電路和集成電路
，為了提高發(fā)射強(qiáng)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(qiáng)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(hào)
。底面反射信號(hào)的幅度除受發(fā)射脈沖強(qiáng)度影響外
，還受被測(cè)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(hào)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(cè)量精度
。
3、計(jì)算電路和厚度顯示
數(shù)字式測(cè)厚儀測(cè)讀zui方便
，測(cè)量精度也高，精度可達(dá)±0.01毫米
，目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的脈沖式超聲波測(cè)厚儀主要是數(shù)字式的
。下面討論一下數(shù)字式測(cè)厚儀的計(jì)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(hào)(或相鄰兩個(gè)底面反射信號(hào))觸發(fā)厚度閘門控制電路
，輸出一個(gè)寬度與被測(cè)工件中超聲波傳播時(shí)間成正比的方波。用這方波來(lái)控制閘門電路啟閉
。
高頻振蕩器輸出一系列高頻振蕩信號(hào)
。在閘門電路開啟期間，這些高頻信號(hào)通過(guò)閘門進(jìn)入計(jì)算器而被計(jì)數(shù)
，zui后數(shù)字管顯示出開門時(shí)間內(nèi)的高頻振蕩次數(shù)。計(jì)數(shù)與開門方波寬度成正比
，方波寬度又正比于工件厚度
，因此，計(jì)數(shù)正比于厚度
。高頻振蕩器的頻率是可調(diào)的
，根據(jù)不同的材料可調(diào)節(jié)振蕩頻率
，使之開門時(shí)間內(nèi)振蕩次數(shù)等于工件厚度，這樣數(shù)字管就直接顯示出厚度來(lái)
。
國(guó)產(chǎn)UTM-101H型數(shù)字式超聲波測(cè)厚儀精度為±0.1毫米，測(cè)量范圍是1.2-220毫米
。
測(cè)量精度為0.1毫米時(shí)對(duì)于鋼來(lái)說(shuō)
，相應(yīng)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(diào)整約為30 兆赫左右
，這時(shí)計(jì)數(shù)器就顯示以0.1毫米為單位的厚度值
。如要讓測(cè)量精度達(dá)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(shù)字電路太困難了
。實(shí)際解決辦法是在計(jì)數(shù)電路之前加一級(jí)方波信號(hào)擴(kuò)展電路
，使開門時(shí)間準(zhǔn)確擴(kuò)大10倍
，這樣用30兆赫左右的振蕩頻率也可使測(cè)量精度達(dá)到 0.01毫米
。
(三)測(cè)厚儀的使用及注意事項(xiàng)
首先是選擇探頭。測(cè)厚用探頭一般要根據(jù)測(cè)厚范圍
，測(cè)量精度和工件條件來(lái)選擇。雙晶片探頭比較好
，它的測(cè)量范圍較寬
，下限較低
。
測(cè)厚時(shí)被測(cè)工件的表面處理與探傷時(shí)的要求相同
。對(duì)粗糙表面測(cè)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(duì)小徑管管壁和堅(jiān)立的壁等的測(cè)厚
，采用甘油或水玻璃為宜
。
測(cè)量時(shí)
，為避免耦合劑薄膜的多次反射或其他雜波信號(hào)引起的假讀數(shù)
，一定要指示穩(wěn)定且能重復(fù)呈現(xiàn)后再讀取數(shù)據(jù)
。假讀數(shù)在絕大多數(shù)情況中指示是不穩(wěn)定的
。使用雙晶探頭時(shí)
，對(duì)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(cè)點(diǎn)測(cè)一次即可
。對(duì)于管道測(cè)厚
，探頭的放置方向要使其隔聲層垂直于管道軸線
，對(duì)于其他與探頭放置方向有關(guān)的測(cè)厚，各測(cè)點(diǎn)應(yīng)測(cè)量二次(先測(cè)一次
，然后將探頭旋轉(zhuǎn)90°再測(cè)一次)
，并做好標(biāo)記和記錄。
測(cè)量管材
，尤其是測(cè)小徑管時(shí)，要細(xì)心左右擺動(dòng)探頭
，使其與管壁正交
，這樣才能獲得穩(wěn)定準(zhǔn)確的厚度指示。如儀器工作正常
，但測(cè)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(yīng)換粘度大一些的
。如果仍然測(cè)不出來(lái)
，這可能是內(nèi)部腐蝕嚴(yán)重引起的，可把探頭稍移動(dòng)一點(diǎn)再測(cè)
。
測(cè)厚中要注意成倍讀數(shù)或缺陷反射兩種情況
，當(dāng)讀數(shù)與預(yù)想值相差很多時(shí)
，應(yīng)該分析是什么原因引起的
，看是出現(xiàn)了成倍讀數(shù)(讀數(shù)過(guò)大)還是缺陷反射(讀數(shù)過(guò)小);這時(shí)如有其他種類測(cè)厚儀或探傷儀，應(yīng)輔助測(cè)量一下
，辨明原因。
對(duì)運(yùn)行中高溫工件的測(cè)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(duì)厚度測(cè)量沒(méi)有影響
。但在個(gè)別情況下，如煉油廠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(cè)得的壁厚有可能是管壁厚與沉積物厚度之和
。所以測(cè)量時(shí)要特別小心
，當(dāng)對(duì)所測(cè)得厚度有懷疑時(shí)
，用小錘敲打幾下管壁，然后再測(cè)量一次
。 
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