6.3. Методи ультразвукової товщинометрії

Основне призначення ультразвукових товщиномірів – це вимірювання товщини стінок труб, судин, резервуарів та інших виробів, до яких є доступ тільки з одного боку.

Для вимірювання товщини використовують здебільшого луноімпульсний і резонансний методи.

Основні вимоги до товщиномірів – це висока точність вимірювання. Залежно від мети, ОК і точності вимірювання ультразвукові товщиноміри поділяються на три групи: А, Б і В.

Група А – для ручного контролю виробу з гладкими плоско-паралельними поверхнями. Прилади цієї групи мають високу точність.

Група Б – для ручного контролю виробу з грубими непаралельними поверхнями (наприклад, у разі внутрішньої ерозії труб). Товщиноміри цієї групи мають більшу чутливість за знижених вимог до точності вимірювання.

Група В – для автоматичного контроля в потоці. Точність вимірювання висока, як і групи А, але для забезпечення надійного контакту за точкового контролю виробів використовують імерсійне середовище (вимірювання через товстий шар рідини).

6.3.1. Лунометод з еталонуванням

Найбільшого поширення набув прямий луноімпульсний метод (рис. 6.8). У найпростішому випадку товщину стінки ОК визначають за результатами вимірювання часової затримки між зондувальним (ЗІ) і першим донним імпульсами

,

де – швидкість звуку у виробі; – час проходження звуку у виробі в прямому і зворотному напрямках (вимірювальний інтервал). У цьому випадку товщиномір фактично вимірює тільки інтервал , тоді як друге невідоме необхідно вводити ззовні, тобто настроювати на швидкість ультразвуку у виробі за зразком або ділянкою виробу з відомою товщиною (виконувати калібрування).

Калібрування виконують тим же способом, що й вимірювання товщини з тією різницею, що значення вважають відомим, а – невідомим. За допомогою відлікового пристрою шляхом регулювання встановлюють відому товщину зразка, швидкість звуку в якому дорівнює швидкості звуку в ОК.

а б

Рис. 6.8. Метод лунаімпульсної товщинометрії з еталонуванням (а)

і відповідна йому осцилограма (б): 1, 2, 3, 4 – донні імпульси

Структурну схему товщиноміра, яким вимірюють час надходження першого донного сигналу, показано на рис. 6.9.

Рим. 6.9. Узагальнена структурна схема лунаімпульсного контактного товщиноміра

з еталонуванням: АРП – автоматичне регулювання підсилення

Призначення і принцип роботи вузлів схеми:

12 – генератор синхронізувальних імпульсів (ГСІ), що забезпечує синхронізацію роботи вузлів товщиноміра, реалізовуючи імпульсний режим випромінювання-прийому УЗ коливань;

11 – генератор зондувальних імпульсів (ГЗІ), призначений для збудження ультразвукових коливань у перетворювачі; формує зондувальний імпульс з найбільш крутим фронтом і найменшою тривалістю порівняно з дефектоскопом;

10 – перетворювач суміщеного або роздільно-суміщеного типу. Для формування короткого ультразвукового сигналу смуга пропускання перетворювача розширена в область високих частот. Високочастотні електричні коливання перетворюються в механічні, які за наявності акустичного контакту вводяться в ОК. Віддзеркалені від нижньої межі розділу коливання перетворюються в п′єзоперетворювачі в електричні сигнали, що надходять на вхід приймально-підсилювального тракту товщиноміра.

1 - широкосмуговий підсилювач високої частоти з діодним обмежувачем на вході і низьким вихідним опором. Такий підсилювач виготовляють зазвичай не резонансним, а аперіодичним;

2 – широкосмуговий підсилювач з автоматичним регулюванням підсилення (АРП) для стабілізації амплітуди донного імпульсу;

3 – схема селекції (стробування) забезпечує вибір початкового імпульсу, відбитого від верхньої поверхні ОК, а також формування початкового і кінцевого (донного) вимірювальних імпульсів;

4 – блок формування вимірювального інтервалу і перетворення його у форму, зручну для АЦП;

5 – блок перетворення вимірювального інтервалу або його аналога в цифровий код (АЦП);

6 – блок цифрової індикації (Інд);

7 – блок захисту від завад, що здійснює бланкування (вимкнення) вхідного підсилювача на час вимірювального циклу;

8 – блок часового регулювання чутливості (ЧРЧ) для часового управління коефіцієнтом підсилення підсилювача 1 за таким законом, для якого амплітуда віддзеркаленого сигналу мало залежала від товщини ОК. Спільно з блоком 2 виконує стабілізацію амплітуди віддзеркаленого сигналу;

9 – блок допускового контролю (ДопКНТР), сигналізує про вихід товщини ОК за межі встановленого допуску (не є обов'язковим);

10 – ультразвуковий перетворювач. Може бути як суміщеним, так і роздільно-суміщеним, з безпосереднім контактом з ОК, або через акустичну лінію затримки.