Ультразвуковые толщиномеры металла

Ультразвуковой толщиномер – принцип работы, функции, покупка + видео

Ультразвуковой толщиномер считается самым популярным видом подобных устройств, благодаря своей доступности и простоте использования. Причем модификаций его существует множество, а значит, для себя найдут модель и профессионалы, и обыватели. Разберемся в особенностях этого прибора вместе с вами.

Ультразвуковой толщиномер – принцип измерения

Само название устройства уже намекает на то, что основным рабочим инструментом является звуковая волна УЗ-частот. Процесс измерения происходит довольно быстро, и описать его можно следующим образом. На корпусе прибора имеется датчик, который чувствителен к ультразвуку, он встроен в зонд, который и приставляется к исследуемой поверхности. Выбирается место, в котором нужно померить толщину покрытия, например, ЛКП, прижимаем зонд к выбранной точке, даем команду прибору нажатием кнопки.

Зонд испускает ультразвуковую волну, она проходит через покрытие, достигает поверхности, которая находится под ним, и отражает импульс обратно. Обычно таким материалом является металл, очень часто это основное условие, предъявляемое к подложке, для удачного измерения. Отраженная волна попадает на датчик зонда, своеобразное эхо, и преображается в электрический импульс. Дальше электроника оцифровывает его и анализирует, посредством формул вычисляет путь, т.е. толщину покрытия, которую успел пройти УЗ.

Этот принцип работает не только для покрытий с металлической подложкой, но и для измерения толщины самого металла. Просто анализируется импульс до тех пор, пока он не перестанет отражаться, это значит, что он прошел металл насквозь, отсюда и выдается результат. А в целом, такие толщиномеры измеряют практически все популярные в быту и промышленности материалы: керамика, пластик, стекло и прочее. Разрешение метода не допускает только измерение бумаги, дерева, пенопласта или бетонного слоя, потому что это либо слишком тонкие образцы, либо слишком широкие.

Примерный диапазон измерения начинается от 0,08 мм и достигает толщины 635 мм, точность самых лучших приборов находится в районе 0,001 мм. Все приборы такого класса редко совершают ошибку, которая превышает 3 %, даже самые бюджетные.

Специфика ультразвукового толщиномера

Первым и самым броским его достоинством считается неразрушающий способ снятия показаний. Сегодня крайне редко, кроме особых лабораторных условий, у нас есть возможность препарировать образец для исследования. Мы не можем надрезать, стирать или процарапывать покрытие в глубину, чтобы потом замерять толщину повреждения. Именно поэтому УЗ-прибор стал настолько популярным во многих сферах. Но он не единственный, кто не разрушает покрытие при измерении, чем же еще он привлек пользователей?

Действительно, это далеко не единственная его прелесть, и только благодаря другим достоинствам он стал, может не всегда лучшим, но оптимальным прибором как бюджетного класса (особенно популярен в этом потребительском диапазоне), так и многих профессиональных сфер. Например, еще одним существенным аргументом в его пользу является возможность измерять толщину покрытия или металла там, где доступна только одна сторона образца, то есть его нельзя зажать между измерительными болтами. Допустим, нам нужно измерять толщину трубы, естественно, приложить измерительные стержни с внешней стороны, а потом с внутренней, и снять измерение, мы не можем. Как раз с помощью УЗ толщиномера проблема решается, так как только внешней стороны нам вполне достаточно.

Двигаемся дальше, если вы уже просмотрели хоть один каталог измерительных приборов для толщины покрытий, то оценили компактность ультразвуковых толщиномеров. Самые простые, для хозяйственных нужд, вообще выглядят, как калькуляторы, и легко помещаются в кармане. Редко вы встретите такую миниатюрность в линейке устройств с другим принципом действия. К тому же, вы уже догадались, что замеры делаются быстро, а грубой физической силы тут вовсе не понадобится, значит, измерить сможет даже девушка, никогда не специализировавшаяся в данной области исследований. Отсутствие физических затрат и экономия времени записывается в очередные плюсы.

Да, самые простые толщиномеры не требуют навыков по обращению, но как же быть профессионалам, им вряд ли хватит минимальных запрограммированных функций. В этом случае нужно купить более «умный» прибор, который имеет функции программирования на различные режимы и установки. И выбор таких приборов действительно велик, именно поэтому универсальность УЗ подхода в измерении является еще одним достоинством. И, несмотря на заумность настройки профессионального прибора, снять измерения можно будет все также – буквально за секунду.

И последним приятным обстоятельством является возможность синхронизации с более организованными устройствами для обработки массивов данных, также часто встречается неплохой запас памяти и минимальные способности сбора статистики и в самом толщиномере. Но вывод и сбор результатов на компьютер, например, чтобы быстро обработать статистические данные, это существенный плюс. И хотя УЗ устройства не единственные с этой способностью, но, не обладай они ею, их популярность бы поубавилась.

Толщиномер металла ультразвуковой – особенности модельного ряда

Выбирая толщиномер металла ультразвуковой, можно немного запутаться, поэтому постараемся проследить эволюцию сложности приборов на линейке металлических измерителей. Возможно, это упростит ход ваших рассуждений при покупке и поможет найти оптимальное соотношение нужного набора функций и цены. Начнем с самого простого представителя, серии А1207. Этот «малыш» самый доступный по цене, обладает минимальным набором функций, очень портативный. Измеряет толщину стенок с довольно демократичными требованиями к их качеству, оценивается оно обычно шероховатостью и радиусом кривизны.

Его собратья серий A1208-1210 получают немного более широкий набор функций, это чаще заключается в разнообразии измеряемых материалов. А модели еще более высокой пробы типа А1270 становятся умнее, приобретают в помощь от производителя специальные анализаторы, а также предъявляют к поверхности еще меньшие требования по качеству, даже могут потерпеть наличие зазора или ненужного для измерения покрытия. А значит, вам не нужно начисто вычищать и освобождать поверхность. Толщиномеры Булат 1S и Microgage обладают дополнительными функциями не только в измерении, но и в устройстве корпуса или расширенной комплектации, например, первый вариант имеет несколько датчиков, а вторая модель имеет защищенный корпус, что немаловажно для электроники, если работать приходится не в очень сухом помещении.

Есть приборы не только высокой точности, но и с функцией А-скана, которая позволяет построить график исследования поверхности, например, серия 35. Так можно узнать и остаточную прочность металла, подверженного коррозии. Еще более сложные приборы обладают собственными «мозгами», способными собирать статистику и ее обрабатывать, хранить результаты, отличаются высокой точностью и широтой исследуемых материалов, например, 37DL PLUS, но и стоимость их довольно «кусачая».

Толщиномеры ультразвуковые: принцип работы, инструкция, производители, отзывы

Ультразвуковое измерение толщины является неразрушающим односторонним методом определения ширины материала. Он быстр, надежен, универсален и, в отличие от микрометра или штангенциркуля, не требует доступа к двум сторонам предмета. Первые коммерческие датчики, использующие принцип сонара, появились в конце 1940 годов. Небольшие переносные приборы, оптимизированные для широкого спектра применений, стали привычными в 1970-е годы. А инновации в области микропроцессорной техники позволили достичь нового уровня точности, простоты и миниатюрности.

Производством устройств занимается большое число известных компаний. Среди них – немецкая компания Siemens, американская Dakota Ultrasonics, британская Cygnus. В России приборы выпускают такие компании, как НПФ «АКС», НПК «Луч», НПЦ «МаксПрофит» и др.

Что можно измерить?

Практически любой обычный конструкционный материал может быть измерен с помощью ультразвука. Ультразвуковые датчики могут быть настроены на металлы, пластики, композиты, стекловолокно, керамику и стекло. Также возможны замеры экструдированных пластмасс и проката в процессе производства - как отдельных слоев или покрытий, так и многослойных изделий, жидкости и биологических образцов. Еще одна операция, где просто необходим ультразвуковой толщиномер, – определение толщины кирпича, конструкций из бетона, асфальта и горных пород. Такие измерения почти всегда неразрушающие и не требуют резки или разборки объекта.

Материалы, которые не подходят для обычного ультразвукового замера из-за плохой передачи высокочастотных волн, включают древесину, бумагу, бетон и вспененные продукты.

Как измерить?

Звуковая энергия может генерироваться в широком спектре частот. Слышимый звук находится в диапазоне от 20 до 20 кГц. Чем выше частота, тем выше воспринимаемый тон. Энергия более высокой частоты, за пределами человеческого слуха, называется ультразвуком. Чаще всего ультразвуковой контроль осуществляется в диапазоне частот от 500 кГц до 20 МГц, хотя некоторые специализированные инструменты достигают 50 кГц или 100 МГц. Независимо от частоты, звуковая энергия представляет собой механические колебания, проходящие в определенной среде, такой как воздух или сталь, в соответствии с основными законами физики волн.

Для измерений используют ультразвуковой толщиномер. Принцип работы устройства заключается в точном вычислении времени прохождения импульса от небольшого зонда (преобразователя) через измеряемый объект, отраженного его внутренней поверхностью или дальней стенкой. Поскольку звуковые волны отражаются от границы между разнородными материалами, это измерение обычно производится с одной стороны, в режиме «импульс/эхо».

Преобразователь содержит пьезоэлектрический элемент, который возбуждается коротким электрическим импульсом для генерации дискретных ультразвуковых волн. Они посылаются в измеряемый материал и проходят через него, пока не сталкиваются с задней стенкой или другим препятствием. Отраженная волна возвращается к датчику, преобразующему механические колебания в электрическую энергию. В сущности, толщиномеры ультразвуковые прослушивают эхо с противоположной стороны. Обычно промежуток времени между посланным и отраженным сигналом составляет всего несколько миллионных долей секунды. В прибор занесены данные о скорости звука в исследуемом материале, из которого он может затем рассчитать толщину, используя простую математическую связь: d = V t / 2, где:

d – толщина участка;
V – скорость звука;
t – измеренное время прохождения звука.

Важный параметр

Важно отметить, что скорость звука в исследуемом объекте является существенной частью этого расчета. Различные материалы передают звуковые волны по-разному. Как правило, в твердых веществах она выше, а в мягких – ниже. Кроме того, она может значительно изменяться с температурой. При этом всегда необходимо калибровать толщиномеры ультразвуковые на скорость в измеряемом материале, от которой прямо зависит точность показаний прибора.

Звуковые волны в мегагерцевом диапазоне через воздух проходят плохо, поэтому для улучшения передачи звука между излучателем и образцом помещается капля соединительной жидкости. Обычно в качестве контактной жидкости используется глицерин, пропиленгликоль, вода, масло и гель. Достаточно небольшого количества жидкости, чтобы заполнить чрезвычайно тонкий воздушный зазор.

Режимы измерения

Производители ультразвуковых толщиномеров измеряют временной интервал прохождения энергии через испытываемый образец тремя способами:

Промежуток между импульсом возбуждения, который генерирует звуковую волну и первым возвращающимся эхом за вычетом небольшого значение смещения, компенсирующего задержки в инструменте, кабеле и преобразователе.
Интервал времени между возвращенным эхом от поверхности образца и первым отраженным эхом.
Промежуток между двумя последовательными донным эхо-сигналами.

Выбор режима, как правило, диктует тип преобразователя, а также конкретные требования приложения. Первый режим используется с контактным датчиком и рекомендуется для большинства применений. Во втором присутствует линия задержки или погружные преобразователи, применяемые на выпуклых и вогнутых поверхностях, в замкнутом пространстве, для измерения движущегося материала или объектов с высокой температурой.

Третий режим также использует линии задержки или погружные датчики и, как правило, обеспечивает высокую точность и наилучшее минимальное разрешение толщины. Обычно применяется, когда качество измерений в первом или втором режиме неудовлетворительное. Однако последний режим подходит только для материалов, которые производят чистые множественные эхосигналы, как правило, с низким показателем затухания, как у мелкозернистых металлов, стекла, керамики.

Два типа устройств

Толщиномеры ультразвуковые, как правило, делятся на два типа: коррозионные и прецизионные. Одним из важнейших их применений является определение остаточной ширины стенки металлических труб, резервуаров, конструкционных деталей и сосудов высокого давления, которые подвержены внутренней коррозии и не могут быть видны снаружи. Толщиномеры ультразвуковые коррозионные для этого и предназначены. В них используются методы обработки сигналов, которые оптимизированы для обнаружения минимальной остаточной ширины стенок в грубых и ржавых образцах со специализированными двухэлементными датчиками.

В остальных случаях рекомендуют применять высокоточные приборы с одиночными преобразователями, – для металлов, пластмасс, стекловолокна, композитов, резины и керамики. Создано множество разнообразных датчиков прецизионных устройств, которые способны измерять с точностью ±0,025 мм и выше, что превышает показатели коррозионных измерителей.

ГОСТ толщиномеры ультразвуковые классифицирует по назначению, степени автоматизации, защищенности от воздействия внешней среды, стойкости к механическим воздействиям, а также определяет их основные показатели.

Типы преобразователей

Контактные датчики используются при непосредственном соприкосновении с испытуемым образцом. Измерения с их помощью просты, поэтому они применяются чаще всего.
Преобразователи с линией задержки содержат пластиковый, эпоксидный или кварцевый цилиндр в качестве промежуточного звена между активным элементом и исследуемым объектом. Главная причина их использования – измерение тонких объектов, где важно отделить импульсы возбуждения от донных эхо-сигналов. Линия задержки может служить теплоизолятором, защитой термочувствительного элемента датчика от прямого контакта с горячими материалами. Также ей можно придать форму, улучшающую сцепление при резко вогнутых или выгнутых поверхностях.
Погружные преобразователи для подвода звуковой энергии к измеряемому элементу используют водяную колонну или ванну. Их применяют для измерений движущихся объектов, для сканирования или оптимизации сцепления при наличии острых радиусов, канавок или каналов.
Преобразователи с двумя элементами используются в коррозионных шириномерах для определения ширины объектов с грубой, корродированной поверхностью. Состоят из отдельного передающего и принимающего элемента, установленных под небольшим углом к линии задержки, чтобы сфокусировать энергию на выбранное расстояние под поверхностью измеряемого образца. Хотя такие измерения не столь точны, как у датчиков других типов, они, как правило, обеспечивают значительно более высокую производительность.

Для подготовки к проведению измерений следует подсоединить преобразователь к прибору, включить его, задать скорость звука и откалибровать. Для этого нужно нанести немного контактного вещества на калибровочный эталон, приложить датчик и включить режим калибровки. Данную процедуру необходимо обязательно выполнять после замены преобразователя либо батарей. Возможны варианты калибровки по известной толщине и скорости звука.

Для проведения измерений необходимо на поверхность объекта нанести контактное вещество и приложить датчик. Результат отобразится на дисплее. Возможно использование устройства в режиме сканирования, например, для поиска наименьшей толщины материала. Также можно настроить подачу сигнала для выявления места с размером стенки меньше установленного значения.

Для замера скорости звука необходимо измерить объект штангенциркулем или микрометром, приложить преобразователь и дождаться результата. Установив предварительно измеренное значение, нажать кнопку для сохранения данных в памяти прибора. Некоторые устройства позволяют передавать результаты на ПК.

Ультразвуковой толщиномер: отзывы

Пользователи положительно оценивают компактный размер, удобство в использовании, надежность, простоту калибровки современных приборов. Специалисты отмечают отсутствие альтернатив устройствам данного типа при оценке состояния автомобилей, качества выполнения кузовных работ. Устройство позволяет определить, перекрашивалось ли транспортное средство и участвовало ли оно в ДТП. Толщиномеры, для работы которых не требуется контактная жидкость, а также способные проводить самокалибровку, пользуются наибольшей популярностью.

Материал и диапазон

Ультразвуковой толщиномер, принцип работы которого выбирается в зависимости от состава, диапазона измерений, геометрии, температуры, требований к точности и других возможных условий, порой просто незаменим.

Тип материала и пределы измерений являются наиболее важными факторами при выборе прибора и преобразователя. Многие вещества, включая большинство металлов, керамику и стекло, проводят ультразвук очень эффективно и позволяют проводить замеры в широком диапазоне. Большинство пластмасс быстрее поглощают энергию и, следовательно, имеют более ограниченный максимальный диапазон толщины, но в большинстве производственных ситуаций измерения проблем не вызывают. Резина, стекловолокно и многие композитные материалы поглощают гораздо сильнее и требуют больших передатчиков и приемников, оптимизированных для работы на низких частотах.

Толщина определяет и тип преобразователя. Тонкие объекты измеряют на высоких частотах, а толстые или демпфирующие – на низких. Для очень тонких материалов используется линия задержки, хотя они, а также погружные преобразователи ограничены по толщине измерения из-за помех от многократного эха. В случае широких объектов или предметов, состоящих из нескольких материалов, могут понадобиться датчики разных типов.

Кривизна поверхности

С увеличением кривизны поверхности эффективность контакта между преобразователем и измеряемым объектом уменьшается, поэтому с уменьшением радиуса кривизны должен быть уменьшен размер датчика. Измерение очень малых радиусов может потребовать применения линий задержки или бесконтактных погружных преобразователей. Они также могут быть использованы для замеров в пазах, полостях и других местах с ограниченным доступом.

Температура

Контактные преобразователи, как правило, применимы при температуре объекта до 50 °C. Более горячие материалы могут повредить датчик из-за эффекта теплового расширения. В таких случаях всегда следует использовать преобразователи с термостойкой линией задержки, иммерсионные или высокотемпературные датчики с двумя элементами.

В отдельных случаях объект с низким акустическим сопротивлением (плотность, умноженная на скорость звука) соединен с материалом с более высоким акустическим импедансом. Типичные примеры – пластмассовые, резиновые и стеклянные покрытия стали или других металлов, а также полимерное покрытие стекловолокна. При этом эхо от границы между двумя материалами будет фазоинвертированным – перевернутым по отношению к эху от границы с воздухом. Это можно исправить простым изменением настройки прибора, но если ничего не предпринять, то показания будут неточными.

Погрешность

На точность измерений влияет множество факторов, в том числе поверка толщиномеров ультразвуковых, их калибровка, однородность скорости в веществе, затухание и рассеяние звука, шероховатость и кривизна поверхности, плохая связь и донная непараллельность. Точность лучше всего достигается при использовании эталонов известного размера. При правильной калибровке погрешность ультразвукового толщиномера составляет ±0,01 мм и даже ±0,001 мм. Линии задержки или иммерсионные датчики в третьем режиме также повышают точность измерений.

Ультразвуковые толщиномеры

В торговом ассортименте «ВЕЛМАС» представлены ультразвуковые модели приборов контроля толщины металла и покрытий отечественного и зарубежного производства. На все приборы предоставляется гарантия производителя. Оборудование внесено в Госреестр средств измерений и в поставку включено свидетельство о проведении первичной поверки.

Современные модели толщномеров могут использоваться для контроля различных материалов поверхности: металл, керамика, стекловолокно, пластик, стекло и другие сложноспалавляемые материалы. Некоторые ультразвуковые толщиномеры покрытий позволяют выполнять измерение толщины слоя покрытия каждого анализируемого изделия. Кроме того такое оборудование позволяет измерить толщину бетонных или кирпичных конструкций, а также сооружений из горных пород и асфальта.

В зависимости от специфики выполняемых прибором задач и технических возможностей, УЗ толщиномеры подразделяют на несколько видов:

общего применения – используются во всех сферах промышленности. Простые в использовании и обслуживании приборы;
прецизионные – применяются при необходимости получения точных результатов при измерении объектов из пластмассы, стекла, резины, керамики и металла. Выдают показатели измерений с точностью ± 0,025 мм.;
коррозионные – выполняют задачи по определению остаточной толщины подверженных коррозийному воздействию объектов.

По сравнению с другими видами толщиномеров, ультразвуковые модели обладают рядом преимуществ, в числе которых более широкий диапазон толщины, низкий уровень погрешности и высокая производительность. Кроме того, цена ультразвуковых толщиномеров более выгодна.

Купить ультразвуковой толщиномер металла в СПб и с доставкой по России можно в компании «ВЕЛМАС». Наши специалисты помогут подобрать аппарат для измерения требуемых параметров в зависимости от выделенного бюджета.

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ ТОЛЩИНОМЕРЫ

Если у Вас возникают проблемы, пожалуйста дайте нам знать, отправив письмо на адрес: [email protected] . Спасибо!

Часы работы нашего офиса:

Пн-Пт: 9:00 - 18:00Сб-Вс: ВЫХОДНОЙ

Monday May 13th, 2019

Ультразвуковой толщиномер – разновидность прибора, используемая для измерения параметров толщины основного слоя и использующая в своей работе ультразвуковые импульсы для точного определения указанных параметров детали. Технически происходит следующий процесс: посылаемый импульс проходит через анализируемый объект и отражается от его оборотной поверхности. Эхо, после преобразования его датчиком в высокоточный электрический сигнал, оцифровывается и в автоматическом режиме анализируется прибором для определения толщины изделия. Среди несомненных плюсов данного метода можно отметить достаточно небольшую погрешность при измерениях (не более ±3%), высокую точность измерений, возможность проведения измерений даже при одностороннем доступе к объекту или детали, отсутствие следов контроля (метод является полностью «неразрушающим»), а также широкий диапазон, простоту проведения измерений, оперативность получения результатов, а также, что немаловажно, универсальность метода. Среди минусов данного метода – основным условием получения точных и достоверных результатов можно назвать строгое следование методике контроля, а также требовательность к качеству поверхности (обязательна её предварительная подготовка). Однако, прогресс не стоит на месте и уже доступны приборы, способные проводить контроль толщины деталей без их предварительной подготовки: через ржавчину, загрязнения и пр.