Medição de Espessuras
Por mais de cinqüenta anos, medidores de espessura ultra-som têm sido utilizados por profissionais de controle de qualidade para medir a espessura de uma grande variedade de produtos na indústria transformadora, por inspectores testar partes críticas, como lâminas de turbinas de avião para o desgaste, e por equipes de manutenção para verificar as tubulações e tanques no serviço de corrosão. Nos últimos anos, como hardware e desenvolvimento de software tem Calibração, ultra-avançada tem vindo a tornar-se uma ferramenta mais poderosa, confiável e amigável. Este tutorial descreve como eles funcionam e como elas podem ser usadas.
Medidor de Espessura ultra-sônicos são freqüentemente empregadas em situações em que um inspector tem acesso a apenas um lado de uma peça cuja espessura deve ser determinada, como é o caso de um cano ou tubo, ou em que a medição mecânica simples é impossível ou inviável por outros motivos, tais como limitações de tamanho de parte ou de acesso. O fato de que medidas de espessura pode rapidamente e facilmente ser feito de um lado, sem a necessidade de cortar as peças, é uma das grandes vantagens desta tecnologia.
Praticamente todo o material de engenharia comum pode ser medido por ultra-som. Medidor de Espessura ultra-sônico pode ser configurado para metais, plásticos, compósitos, fibra de vidro, cerâmica, vidro e. On-line ou em processo de medição de plásticos extrudados e laminados de metal sempre é possível, como medida de camadas individuais ou revestimentos em multicamadas fabricações. Níveis de líquido e amostras biológicas também pode ser medido. calibrando ultra-sônica é sempre completamente não destrutivo, sem corte ou corte necessário. A gama de medição pode ser tão grande quanto 0,08 milímetros (0,003 ") a 635 mm (25"), dependendo do material e seleção do transdutor. (Materiais que geralmente não são adequados para medições com ultra-som convencional gages incluem madeira, cimento, papel e produtos de espuma).
Todos os medidores de espessura ultra-sônico trabalho de muita precisão medindo quanto tempo leva para um pulso de som que foi gerado por uma sonda chamado de transdutor ultra-sônico para viajar através de uma amostra. Porque as ondas sonoras refletem de limites materiais, de tempo o eco do outro lado do corpo de prova pode ser usado para calibrar sua espessura, da mesma forma que o radar ou sonar medem a distância. A resolução pode ser tão fina como 0,001 mm ou 0,0001 ".
A maioria das aplicações usam pequenos, transdutores de mão, mas algumas geometrias complexas, bem como testes on-line requerem transdutores sem contato que focalizam um feixe de som através de uma coluna de água ou de banho. As medições são essencialmente instantâneos, e pode ser gravado em dados instrumento interno madeireiros para documentação e análise
Medidor de Espessura ultra oferecem uma variedade de número de benefícios em relação às técnicas de medição mecânicos e ópticos em uma variedade de aplicações comuns de fabricação e em serviço de ensaio, o apoio ao controlo de qualidade, confiabilidade e monitoramento da condição de uma forma rentável e de fácil utilização
Medição de um lado: medidores de ultra-som requerem acesso a apenas um lado das tubulações, tanques, tubos, containers, fundição de oca, de metal ou folhas de plástico e pedaços de outros testes, onde a superfície interna é impossível ou difícil de alcançar.
• completamente não destrutivo: Não corte ou seccionamento das peças é necessário, poupando sucata e os custos trabalhistas.
• Altamente confiável: Modern manômetros digitais de ultra-som de alta precisão, repetibilidade e confiável.
• Versátil: Todos os materiais mais comuns de engenharia pode ser medido com as configurações adequadas gage, incluindo metais, plásticos, compósitos, fibra de vidro, cerâmica, borracha e. A maioria dos instrumentos pode ser pré-programado com as configurações múltiplas aplicações.
• Ampla Gama de medição: medidores de ultra-som estão disponíveis para faixas de medição tão ampla quanto 0,08 mm (0.003 ") no mínimo a 635 mm (25"), no máximo, dependendo do material e seleção do transdutor. A resolução pode ser tão fina como 0,001 mm ou 0,0001 ".
• Fácil de usar: A grande maioria das aplicações de ultra-som Calibração uso direto gage configurações pré-programadas e requerem apenas uma pequena quantidade de interação com o operador. Embora este tutorial discute uma série de técnicas avançadas e desafiadoras medidas, a formação avançada em ultra-som não é exigida na maioria dos casos.
• Resposta imediata: Medições costumam levar apenas um ou dois segundos por ponto e são apresentados como um visor digital.
• Compatível com registro de dados e programas de análise estatística: mais modernos medidores de mão oferecem armazenamento on-board para os dados de medição, e portas USB ou RS232 para transferência de medições para um computador para a manutenção de registros e posterior análise
A propagação de ondas sonoras através do ar e outros materiais foi estudada já no século XIX, mas a introdução de instrumentos ultrassônicos os avanços da eletrônica do início do século XX, incluindo o desenvolvimento do tubo de raios catódicos. A idéia de usar ondas ultra-sônicas para investigar a estrutura interna dos materiais foi investigada em 1920, ea primeira patente específica na área de ultra-sônico datas de ensaios não destrutivos de 1931. O primeiro instrumento de teste prático de ultra-sons comerciais, o chamado Reflectoscope, foi patenteado pelo Prof Floyd Firestone, da Universidade de Michigan em 1940, eo desenvolvimento do sonar durante a Segunda Guerra Mundial mais avançada do campo. Na década de 1950, instrumentos comercial tornou-se amplamente disponível.
Estes instrumentos antigos foram todos desenvolvidos principalmente para a detecção ultra-sónicos, embora possam ser utilizados para a espessura calibrando bem. Na década de 1960, a primeira menor e mais instrumentos portáteis concebidos para gaging começaram a aparecer, incluindo os instrumentos com ecrãs espessura digital ao invés de telas de osciloscópio. O modelo de 5221 introduzido pela Panametrics Olympus NDT antecessor em 1973 foi o primeiro comercial ultra-gage que incorporou medição multi-modo predefinido para cobrir uma ampla gama de materiais e espessuras, bem como mudar-set de calibração de velocidade.
Relativamente compacto, instrumentos movidos a bateria otimizado para uma ampla variedade de aplicações de teste se tornou comum na década de 1970, e tornou-se instrumentos cada vez menores e mais poderosos. onda exibe como um auxílio do operador e registro de dados internos foram introduzidas na década de 1980, e na década de 1990 processamento digital de sinal substituído circuitos analógicos e melhor estabilidade e repetibilidade. Mais recentemente, os avanços na tecnologia de microprocessadores têm levado a novos níveis de desempenho de hoje sofisticadas, fáceis de utilizar os instrumentos em miniatura.
Para qualquer aplicação de ultra-sons de Medição, a escolha de um transdutor gage ótima e será baseado no tipo de material de teste, a sua gama de espessura, eo grau de precisão da medição requerida. Também é necessário considerar a geometria da peça, temperatura e outras circunstâncias especiais que possam afetar a configuração de teste. seleção Transdutor é discutido em detalhe na Seção 2 deste tutorial.
Comercial calibres de espessura ultra-som são divididas em dois tipos gerais, medidores de corrosão e calibres de precisão. Talvez a aplicação mais importante para gaging ultra-sônica é medir a espessura da parede remanescente de tubos metálicos, tanques, peças estruturais, ou vasos de pressão sujeitos a corrosão interna que não pode ser detectado a partir do exterior. gages corrosão são otimizados para este tipo de medição, e eles usam especializada transdutores de elemento duplo com o transmissor separado e elementos receptor angular em direção ao outro para criar um caminho em forma de V de som no material de ensaio. manômetros de precisão são usadas normalmente para todos os tipos de medida que pesquisa a corrosão, envolvendo uma ampla variedade de materiais de engenharia e geometrias. Eles usam transdutores de elemento único.
Dentro dessas duas categorias gerais, instrumentos vão do simples ao sofisticado. O mais simples são pequenos calibres, dispositivos de mão que são otimizadas para aplicações específicas, utilizando um número limitado de transdutores. Instrumentos mais sofisticados incorporam onda exibe para auxiliar o operador na configuração do ensaio e interpretação, bem como mais avançado software de análise de sinal. Capacidade de registro de dados e compatibilidade PC são universais entre os melhores instrumentos disponíveis atualmente no mercado.
As ondas sonoras são em torno de nós, como vibrações mecânicas efectuadas por um meio como o ar ou água. testes de ultra-som envolve frequências além do limite superior da audição humana, superior a 20 KHz e mais comumente na faixa de 500 KHz a 20 MHz, apesar de freqüências mais altas e mais baixas são por vezes utilizados também. A freqüência de teste exato será selecionado no que diz respeito à aplicação específica na mão. Todos os medidores de espessura ultra-sônico trabalho de muita precisão medindo quanto tempo leva para um pulso de som que foi gerado por uma sonda chamado de transdutor ultra-sônico para viajar através de uma amostra. As ondas sonoras vão refletir a partir de fronteiras entre materiais dissimilares, tais como o ar ou líquido no interior de uma parede do tubo de aço, por isso esta medida pode normalmente ser feitos a partir de um dos lados em um "pulso / echo" modo.
Tradução do inglês para português
O transdutor inclui um elemento piezoelétrico, que é animado por um impulso de curto-circuito para gerar uma explosão de ondas ultra-sônicas. As ondas sonoras são acoplados no material de teste e percorre-lo até que encontra uma parede traseira ou outro limite. As reflexões em seguida, viajar de volta para o transdutor, que converte a energia sonora em energia elétrica. Em essência, a bitola ouve o eco do lado oposto. Normalmente, esse intervalo de tempo é apenas alguns milionésimos de segundo. O calibre é programado com a velocidade do som no material de teste, do qual ele pode então calcular a espessura utilizando a relação matemática simples
T = (V) x (t / 2)
onde
T = espessura da parte
V = a velocidade do som no material de teste
t = tempo de trânsito medido de ida e volta
Em alguns casos um desvio de zero também é subtraído à conta dos atrasos fixos no instrumento e soundpath.
É importante notar que a velocidade do som no material de teste é uma parte essencial desse cálculo. Diferentes materiais transmitem ondas sonoras em velocidades diferentes, geralmente mais rápida em materiais duros e mais lenta em materiais macios, e da velocidade do som pode mudar significativamente com a temperatura. Assim, é sempre necessário para calibrar um Medidor de Espessura ultra-som para a velocidade do som no material que está sendo medido, ea precisão pode ser apenas tão bom quanto este de calibração. Isto é normalmente feito com um padrão de referência, cuja espessura é precisamente conhecido. No caso das medições de alta temperatura, também é preciso lembrar que diminui a velocidade do som com a temperatura, assim, para uma ótima precisão o padrão de referência deve estar na mesma temperatura que o corpo de prova.
Freqüências mais elevadas têm um menor comprimento de onda associado, permitindo a medição de materiais mais finos. As freqüências mais baixas, com um comprimento de onda vai penetrar mais e são usados para testar amostras muito grosso, ou para materiais como fibra de vidro e metal fundido de alta granularidade que as ondas sonoras de trânsito de forma menos eficiente. Seleção de uma freqüência de teste ideal, muitas vezes envolve o equilíbrio desses requisitos para a resolução e penetração. Na faixa de freqüências ultra-som, ondas sonoras são altamente direcional, e quando eles vão viajar livremente através de metais típicas, plásticos e cerâmica, eles vão refletir a partir de um limite de ar, como uma parede interna ou uma rachadura.
As ondas sonoras na faixa de megahertz não viajam de forma eficiente através do ar, assim uma gota de líquido acoplamento é usado entre o transdutor ea peça de teste, a fim de conseguir a transmissão de som bom. couplants comuns são a glicerina, propilenoglicol, água, óleo e gel. Apenas uma pequena quantidade é necessária, apenas o suficiente para preencher a lacuna ar extremamente rarefeito que poderiam existir entre o transdutor eo alvo.
Um diagrama de blocos de um Medidor de Espessura típica ultra-sônica é visto abaixo. O gerador de impulsos, sob o controle do microprocessador, fornece um impulso de tensão para o transdutor, gerando a onda de saída ultra-sônica. Ressonâncias do corpo de prova são recebidas pelo transdutor e convertido novamente em sinais elétricos, que por sua vez são alimentados para dentro do amplificador do receptor e, em seguida digitalizado. O controle baseado em microprocessador e lógica de temporização tanto sincroniza o pulsador e seleciona os ecos apropriado que será utilizado para a medição do tempo de intervalo.
Se ecos são detectados, o circuito de sincronismo vai medir com precisão um intervalo de tempo em um dos modos discutido na Seção 3, e depois normalmente repetir este processo várias vezes para obter uma leitura média. O microprocessador então usa esse intervalo de tempo de medição, juntamente com a velocidade do som programadas e zero para calcular valores de deslocamento de espessura. Finalmente, a espessura é exibida e atualizou a uma taxa selecionada.
Todos os transdutores que são comumente usados com medidores de espessura ultra-som incorporam um elemento de vibração de cerâmica em um caso, mas seus desenhos são classificados em quatro categorias gerais.
transdutores de Contato: Como o nome indica, transdutores de contato são usadas em contacto directo com a peça de teste. A wearplate fina e dura protege o elemento ativo de danos no uso normal. Medidas com transdutores de contato são geralmente mais simples de implementar e que são geralmente a primeira escolha para a maioria de espessura comum gaging outras aplicações que não gaging corrosão.
transdutores Delay Line: transdutores linha Delay incorporar um cilindro de plástico, epóxi, ou sílica fundida conhecida como uma linha de atraso entre o elemento ativo e do corpo de prova. Uma das principais razões para usá-los é para medições de material fino, onde é importante separar a cobrança do pulso de excitação ecos backwall. Uma linha de atraso pode ser utilizado como um isolante térmico, protegendo o elemento transdutor sensível ao calor do contato direto com corpos de prova quente, e linhas de atraso também pode ser moldada ou de contorno para melhorar o acoplamento de som em espaços acentuadamente curvos ou confinados.
transdutores de imersão: transdutores de imersão usar uma coluna ou banheira de água a energia sonora casal na peça de teste. Elas podem ser usadas para on-line ou em processo de medição de movimento de produtos, digitalizados medições, ou para otimizar o acoplamento de som em raios afiada, sulcos, ou canais.
transdutores de elemento duplo: transdutores de elemento duplo, ou simplesmente "duais", são usadas principalmente para medições envolvendo bruto, superfícies corroídas. Eles incorporam separado transmissão e recepção de elementos montados em uma linha de atraso em um pequeno ângulo de foco de energia sonora a uma distância selecionados abaixo da superfície de uma peça de teste. Embora a medida com duals às vezes não é tão preciso quanto com outros tipos de transdutores, eles geralmente fornecem um desempenho significativamente melhor em aplicações de pesquisa de corrosão.
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transdutores de ultra-som para a espessura gaging vêm em uma ampla variedade de tamanhos, freqüências e estilos caso, mas a maioria tem uma estrutura interna comum. Normalmente, o elemento ativo do transdutor é um disco fino, quadrado ou retângulo de cerâmica piezoelétrico que converte energia elétrica em energia mecânica (vibrações ultra-sônicas), e vice-versa. Quando ele é animado por um impulso elétrico que gera ondas sonoras, e quando é vibrada por ecos de retorno gera uma tensão. O elemento ativo, que é muitas vezes referida informalmente como o cristal, é protegida contra danos por um wearplate ou lente acústica, e apoiado por um bloco de material de amortecimento que aquieta o transdutor após o pulso de som foi gerado. Este subconjunto ultra-sônica é montado em uma caixa com as devidas conexões elétricas. Todos os contactos comuns, linha de atraso, e transdutores de imersão utilizar este projeto básico. transdutores de elemento duplo, comumente usado em aplicações de pesquisa de corrosão, que diferem dos que têm separado transmissão e recepção de elementos separados por uma barreira do som, sem apoio, e uma linha de atraso integral para orientar e Casal da energia sonora, ao invés de um wearplate ou lente.
Transdutores do tipo mais comumente usado para gaging ultra terão essas propriedades fundamentais funcional, que por sua vez, afetam as propriedades do feixe de som que irá gerar em um determinado material:
Tipo - O transdutor serão identificadas de acordo com seu projeto e funcionar como um contato, linha de atraso, ou do tipo de imersão. As características físicas do material de ensaio, tais como rugosidade, temperatura e acessibilidade, bem como as suas propriedades de transmissão de som e faixa de espessura a ser medida, irão influenciar a escolha do tipo de transdutor.
Diâmetro - O diâmetro do transdutor ativo, que é normalmente alojados em uma caixa um pouco maior. transdutores de menor diâmetro são muitas vezes mais facilmente acoplado ao material do teste, enquanto que diâmetros maiores podem Casal de forma mais eficiente em superfícies ásperas devido a um efeito médio. diâmetros maiores também são necessárias por razões de design com a diminuição da freqüência do transdutor.
Frequência - O número de ciclos de onda concluída em um segundo, normalmente expressos em quilohertz (kHz) ou Megahertz (MHz). A maioria de Medição ultra-sônica é feito na faixa de freqüência de 500 KHz a 20 MHz, para a maioria dos transdutores caiam dentro desse intervalo, apesar de transdutores comerciais estão disponíveis a partir de 50 KHz abaixo para acima de 200 MHz. aumenta a penetração com menor freqüência, enquanto o aumento de resolução e nitidez de foco com maior freqüência.
transdutores típicos para espessura gaging não geram ondas sonoras em uma freqüência única pura, mas sim sobre uma gama de frequências centrada na designação freqüência nominal - largura de banda. Bandwidth é a parte da resposta de freqüência que cai dentro dos limites da amplitude especificada. banda larga é geralmente desejável na espessura gaging aplicações que envolvam contacto, a linha de atraso, e transdutores de imersão
Waveform duração - O número de ciclos de onda gerada pelo transdutor de cada vez que é pulsante. Um transdutor de banda estreita tem ciclos mais de um transdutor de maior largura de banda. Elemento de diâmetro, apoio material tuning, elétricos e método de excitação do transdutor toda a duração da forma de onda de impacto. A duração da onda curta (resposta de banda larga) é desejável na maioria das aplicações espessura de medição.
Sensibilidade - A relação entre a amplitude do pulso de excitação e do eco recebido de um alvo designado. Esta é uma função da saída da energia do transdutor.
Beam perfil - Como uma aproximação a trabalhar, o feixe de um transdutor de disco típico desfocado é frequentemente considerada como uma coluna de energia provenientes da zona de elemento ativo que viaja como uma coluna em linha reta por um tempo e então se expande de diâmetro e, eventualmente, se dissipa, como o raio de um holofote.
Na verdade, o perfil do feixe real é complexo, com gradientes de pressão em ambas as direções transversal e axial. Na ilustração abaixo perfil do feixe, o vermelho representa áreas de maior energia, enquanto o verde eo azul representam mais baixa energia.
A forma exata da viga em um caso específico é determinada pela frequência do transdutor, diâmetro do transdutor e da velocidade do som material. A área de energia máximo a uma curta distância para além da face do transdutor marca a transição entre os componentes do feixe conhecido como o campo próximo eo campo distante, cada qual é caracterizado por tipos específicos de gradientes de pressão. Próximo do campo de comprimento é um fator importante na detecção ultra-sónicos, pois afeta a amplitude de ecos provenientes de pequenas falhas, como rachaduras, mas geralmente não é um fator significativo na espessura de aplicações de medição.
Focalização - transdutores de imersão pode ser focalizado com lentes acústicas para criar um feixe em forma de ampulheta que restringe a uma pequena zona focal e, em seguida, se expande. Certos tipos de transdutores de linha de atraso pode ser focado também. Focalização do feixe é muito útil quando se mede tubos de pequeno diâmetro ou de peças de outros testes com raios afiada, já que concentra a energia do som em uma área pequena e melhora a resposta de eco.
Atenuação - À medida que viaja através de um médium, a frente de onda organizado gerada por um transdutor de ultra-sons começam a quebrar, devido à transmissão imperfeita de energia através da microestrutura de qualquer material. Organizado vibrações mecânicas (ondas sonoras) se transformam em vibrações mecânicas aleatórias (calor), até a frente de onda não é mais detectável. Esse processo é conhecido como a atenuação do som. A atenuação depende do material e aumenta proporcionalmente à freqüência. Como regra geral, materiais duros como metais são menos atenuantes de materiais mais macios, como o plástico. Atenuação em última análise limita a espessura máxima do material, que pode ser medido com uma configuração de calibre de dados e transdutor, pois determina o momento em que um eco vai ser muito pequena para ser detectada.
Medidor de Espessura ultra-sônicos são freqüentemente empregadas em situações em que um inspector tem acesso a apenas um lado de uma peça cuja espessura deve ser determinada, como é o caso de um cano ou tubo, ou em que a medição mecânica simples é impossível ou inviável por outros motivos, tais como limitações de tamanho de parte ou de acesso. O fato de que medidas de espessura pode rapidamente e facilmente ser feito de um lado, sem a necessidade de cortar as peças, é uma das grandes vantagens desta tecnologia.
Praticamente todo o material de engenharia comum pode ser medido por ultra-som. Medidor de Espessura ultra-sônico pode ser configurado para metais, plásticos, compósitos, fibra de vidro, cerâmica, vidro e. On-line ou em processo de medição de plásticos extrudados e laminados de metal sempre é possível, como medida de camadas individuais ou revestimentos em multicamadas fabricações. Níveis de líquido e amostras biológicas também pode ser medido. calibrando ultra-sônica é sempre completamente não destrutivo, sem corte ou corte necessário. A gama de medição pode ser tão grande quanto 0,08 milímetros (0,003 ") a 635 mm (25"), dependendo do material e seleção do transdutor. (Materiais que geralmente não são adequados para medições com ultra-som convencional gages incluem madeira, cimento, papel e produtos de espuma).
Todos os medidores de espessura ultra-sônico trabalho de muita precisão medindo quanto tempo leva para um pulso de som que foi gerado por uma sonda chamado de transdutor ultra-sônico para viajar através de uma amostra. Porque as ondas sonoras refletem de limites materiais, de tempo o eco do outro lado do corpo de prova pode ser usado para calibrar sua espessura, da mesma forma que o radar ou sonar medem a distância. A resolução pode ser tão fina como 0,001 mm ou 0,0001 ".
A maioria das aplicações usam pequenos, transdutores de mão, mas algumas geometrias complexas, bem como testes on-line requerem transdutores sem contato que focalizam um feixe de som através de uma coluna de água ou de banho. As medições são essencialmente instantâneos, e pode ser gravado em dados instrumento interno madeireiros para documentação e análise
Medidor de Espessura ultra oferecem uma variedade de número de benefícios em relação às técnicas de medição mecânicos e ópticos em uma variedade de aplicações comuns de fabricação e em serviço de ensaio, o apoio ao controlo de qualidade, confiabilidade e monitoramento da condição de uma forma rentável e de fácil utilização
Medição de um lado: medidores de ultra-som requerem acesso a apenas um lado das tubulações, tanques, tubos, containers, fundição de oca, de metal ou folhas de plástico e pedaços de outros testes, onde a superfície interna é impossível ou difícil de alcançar.
• completamente não destrutivo: Não corte ou seccionamento das peças é necessário, poupando sucata e os custos trabalhistas.
• Altamente confiável: Modern manômetros digitais de ultra-som de alta precisão, repetibilidade e confiável.
• Versátil: Todos os materiais mais comuns de engenharia pode ser medido com as configurações adequadas gage, incluindo metais, plásticos, compósitos, fibra de vidro, cerâmica, borracha e. A maioria dos instrumentos pode ser pré-programado com as configurações múltiplas aplicações.
• Ampla Gama de medição: medidores de ultra-som estão disponíveis para faixas de medição tão ampla quanto 0,08 mm (0.003 ") no mínimo a 635 mm (25"), no máximo, dependendo do material e seleção do transdutor. A resolução pode ser tão fina como 0,001 mm ou 0,0001 ".
• Fácil de usar: A grande maioria das aplicações de ultra-som Calibração uso direto gage configurações pré-programadas e requerem apenas uma pequena quantidade de interação com o operador. Embora este tutorial discute uma série de técnicas avançadas e desafiadoras medidas, a formação avançada em ultra-som não é exigida na maioria dos casos.
• Resposta imediata: Medições costumam levar apenas um ou dois segundos por ponto e são apresentados como um visor digital.
• Compatível com registro de dados e programas de análise estatística: mais modernos medidores de mão oferecem armazenamento on-board para os dados de medição, e portas USB ou RS232 para transferência de medições para um computador para a manutenção de registros e posterior análise
A propagação de ondas sonoras através do ar e outros materiais foi estudada já no século XIX, mas a introdução de instrumentos ultrassônicos os avanços da eletrônica do início do século XX, incluindo o desenvolvimento do tubo de raios catódicos. A idéia de usar ondas ultra-sônicas para investigar a estrutura interna dos materiais foi investigada em 1920, ea primeira patente específica na área de ultra-sônico datas de ensaios não destrutivos de 1931. O primeiro instrumento de teste prático de ultra-sons comerciais, o chamado Reflectoscope, foi patenteado pelo Prof Floyd Firestone, da Universidade de Michigan em 1940, eo desenvolvimento do sonar durante a Segunda Guerra Mundial mais avançada do campo. Na década de 1950, instrumentos comercial tornou-se amplamente disponível.
Estes instrumentos antigos foram todos desenvolvidos principalmente para a detecção ultra-sónicos, embora possam ser utilizados para a espessura calibrando bem. Na década de 1960, a primeira menor e mais instrumentos portáteis concebidos para gaging começaram a aparecer, incluindo os instrumentos com ecrãs espessura digital ao invés de telas de osciloscópio. O modelo de 5221 introduzido pela Panametrics Olympus NDT antecessor em 1973 foi o primeiro comercial ultra-gage que incorporou medição multi-modo predefinido para cobrir uma ampla gama de materiais e espessuras, bem como mudar-set de calibração de velocidade.
Relativamente compacto, instrumentos movidos a bateria otimizado para uma ampla variedade de aplicações de teste se tornou comum na década de 1970, e tornou-se instrumentos cada vez menores e mais poderosos. onda exibe como um auxílio do operador e registro de dados internos foram introduzidas na década de 1980, e na década de 1990 processamento digital de sinal substituído circuitos analógicos e melhor estabilidade e repetibilidade. Mais recentemente, os avanços na tecnologia de microprocessadores têm levado a novos níveis de desempenho de hoje sofisticadas, fáceis de utilizar os instrumentos em miniatura.
Para qualquer aplicação de ultra-sons de Medição, a escolha de um transdutor gage ótima e será baseado no tipo de material de teste, a sua gama de espessura, eo grau de precisão da medição requerida. Também é necessário considerar a geometria da peça, temperatura e outras circunstâncias especiais que possam afetar a configuração de teste. seleção Transdutor é discutido em detalhe na Seção 2 deste tutorial.
Comercial calibres de espessura ultra-som são divididas em dois tipos gerais, medidores de corrosão e calibres de precisão. Talvez a aplicação mais importante para gaging ultra-sônica é medir a espessura da parede remanescente de tubos metálicos, tanques, peças estruturais, ou vasos de pressão sujeitos a corrosão interna que não pode ser detectado a partir do exterior. gages corrosão são otimizados para este tipo de medição, e eles usam especializada transdutores de elemento duplo com o transmissor separado e elementos receptor angular em direção ao outro para criar um caminho em forma de V de som no material de ensaio. manômetros de precisão são usadas normalmente para todos os tipos de medida que pesquisa a corrosão, envolvendo uma ampla variedade de materiais de engenharia e geometrias. Eles usam transdutores de elemento único.
Dentro dessas duas categorias gerais, instrumentos vão do simples ao sofisticado. O mais simples são pequenos calibres, dispositivos de mão que são otimizadas para aplicações específicas, utilizando um número limitado de transdutores. Instrumentos mais sofisticados incorporam onda exibe para auxiliar o operador na configuração do ensaio e interpretação, bem como mais avançado software de análise de sinal. Capacidade de registro de dados e compatibilidade PC são universais entre os melhores instrumentos disponíveis atualmente no mercado.
As ondas sonoras são em torno de nós, como vibrações mecânicas efectuadas por um meio como o ar ou água. testes de ultra-som envolve frequências além do limite superior da audição humana, superior a 20 KHz e mais comumente na faixa de 500 KHz a 20 MHz, apesar de freqüências mais altas e mais baixas são por vezes utilizados também. A freqüência de teste exato será selecionado no que diz respeito à aplicação específica na mão. Todos os medidores de espessura ultra-sônico trabalho de muita precisão medindo quanto tempo leva para um pulso de som que foi gerado por uma sonda chamado de transdutor ultra-sônico para viajar através de uma amostra. As ondas sonoras vão refletir a partir de fronteiras entre materiais dissimilares, tais como o ar ou líquido no interior de uma parede do tubo de aço, por isso esta medida pode normalmente ser feitos a partir de um dos lados em um "pulso / echo" modo.
Tradução do inglês para português
O transdutor inclui um elemento piezoelétrico, que é animado por um impulso de curto-circuito para gerar uma explosão de ondas ultra-sônicas. As ondas sonoras são acoplados no material de teste e percorre-lo até que encontra uma parede traseira ou outro limite. As reflexões em seguida, viajar de volta para o transdutor, que converte a energia sonora em energia elétrica. Em essência, a bitola ouve o eco do lado oposto. Normalmente, esse intervalo de tempo é apenas alguns milionésimos de segundo. O calibre é programado com a velocidade do som no material de teste, do qual ele pode então calcular a espessura utilizando a relação matemática simples
T = (V) x (t / 2)
onde
T = espessura da parte
V = a velocidade do som no material de teste
t = tempo de trânsito medido de ida e volta
Em alguns casos um desvio de zero também é subtraído à conta dos atrasos fixos no instrumento e soundpath.
É importante notar que a velocidade do som no material de teste é uma parte essencial desse cálculo. Diferentes materiais transmitem ondas sonoras em velocidades diferentes, geralmente mais rápida em materiais duros e mais lenta em materiais macios, e da velocidade do som pode mudar significativamente com a temperatura. Assim, é sempre necessário para calibrar um Medidor de Espessura ultra-som para a velocidade do som no material que está sendo medido, ea precisão pode ser apenas tão bom quanto este de calibração. Isto é normalmente feito com um padrão de referência, cuja espessura é precisamente conhecido. No caso das medições de alta temperatura, também é preciso lembrar que diminui a velocidade do som com a temperatura, assim, para uma ótima precisão o padrão de referência deve estar na mesma temperatura que o corpo de prova.
Freqüências mais elevadas têm um menor comprimento de onda associado, permitindo a medição de materiais mais finos. As freqüências mais baixas, com um comprimento de onda vai penetrar mais e são usados para testar amostras muito grosso, ou para materiais como fibra de vidro e metal fundido de alta granularidade que as ondas sonoras de trânsito de forma menos eficiente. Seleção de uma freqüência de teste ideal, muitas vezes envolve o equilíbrio desses requisitos para a resolução e penetração. Na faixa de freqüências ultra-som, ondas sonoras são altamente direcional, e quando eles vão viajar livremente através de metais típicas, plásticos e cerâmica, eles vão refletir a partir de um limite de ar, como uma parede interna ou uma rachadura.
As ondas sonoras na faixa de megahertz não viajam de forma eficiente através do ar, assim uma gota de líquido acoplamento é usado entre o transdutor ea peça de teste, a fim de conseguir a transmissão de som bom. couplants comuns são a glicerina, propilenoglicol, água, óleo e gel. Apenas uma pequena quantidade é necessária, apenas o suficiente para preencher a lacuna ar extremamente rarefeito que poderiam existir entre o transdutor eo alvo.
Um diagrama de blocos de um Medidor de Espessura típica ultra-sônica é visto abaixo. O gerador de impulsos, sob o controle do microprocessador, fornece um impulso de tensão para o transdutor, gerando a onda de saída ultra-sônica. Ressonâncias do corpo de prova são recebidas pelo transdutor e convertido novamente em sinais elétricos, que por sua vez são alimentados para dentro do amplificador do receptor e, em seguida digitalizado. O controle baseado em microprocessador e lógica de temporização tanto sincroniza o pulsador e seleciona os ecos apropriado que será utilizado para a medição do tempo de intervalo.
Se ecos são detectados, o circuito de sincronismo vai medir com precisão um intervalo de tempo em um dos modos discutido na Seção 3, e depois normalmente repetir este processo várias vezes para obter uma leitura média. O microprocessador então usa esse intervalo de tempo de medição, juntamente com a velocidade do som programadas e zero para calcular valores de deslocamento de espessura. Finalmente, a espessura é exibida e atualizou a uma taxa selecionada.
Todos os transdutores que são comumente usados com medidores de espessura ultra-som incorporam um elemento de vibração de cerâmica em um caso, mas seus desenhos são classificados em quatro categorias gerais.
transdutores de Contato: Como o nome indica, transdutores de contato são usadas em contacto directo com a peça de teste. A wearplate fina e dura protege o elemento ativo de danos no uso normal. Medidas com transdutores de contato são geralmente mais simples de implementar e que são geralmente a primeira escolha para a maioria de espessura comum gaging outras aplicações que não gaging corrosão.
transdutores Delay Line: transdutores linha Delay incorporar um cilindro de plástico, epóxi, ou sílica fundida conhecida como uma linha de atraso entre o elemento ativo e do corpo de prova. Uma das principais razões para usá-los é para medições de material fino, onde é importante separar a cobrança do pulso de excitação ecos backwall. Uma linha de atraso pode ser utilizado como um isolante térmico, protegendo o elemento transdutor sensível ao calor do contato direto com corpos de prova quente, e linhas de atraso também pode ser moldada ou de contorno para melhorar o acoplamento de som em espaços acentuadamente curvos ou confinados.
transdutores de imersão: transdutores de imersão usar uma coluna ou banheira de água a energia sonora casal na peça de teste. Elas podem ser usadas para on-line ou em processo de medição de movimento de produtos, digitalizados medições, ou para otimizar o acoplamento de som em raios afiada, sulcos, ou canais.
transdutores de elemento duplo: transdutores de elemento duplo, ou simplesmente "duais", são usadas principalmente para medições envolvendo bruto, superfícies corroídas. Eles incorporam separado transmissão e recepção de elementos montados em uma linha de atraso em um pequeno ângulo de foco de energia sonora a uma distância selecionados abaixo da superfície de uma peça de teste. Embora a medida com duals às vezes não é tão preciso quanto com outros tipos de transdutores, eles geralmente fornecem um desempenho significativamente melhor em aplicações de pesquisa de corrosão.
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transdutores de ultra-som para a espessura gaging vêm em uma ampla variedade de tamanhos, freqüências e estilos caso, mas a maioria tem uma estrutura interna comum. Normalmente, o elemento ativo do transdutor é um disco fino, quadrado ou retângulo de cerâmica piezoelétrico que converte energia elétrica em energia mecânica (vibrações ultra-sônicas), e vice-versa. Quando ele é animado por um impulso elétrico que gera ondas sonoras, e quando é vibrada por ecos de retorno gera uma tensão. O elemento ativo, que é muitas vezes referida informalmente como o cristal, é protegida contra danos por um wearplate ou lente acústica, e apoiado por um bloco de material de amortecimento que aquieta o transdutor após o pulso de som foi gerado. Este subconjunto ultra-sônica é montado em uma caixa com as devidas conexões elétricas. Todos os contactos comuns, linha de atraso, e transdutores de imersão utilizar este projeto básico. transdutores de elemento duplo, comumente usado em aplicações de pesquisa de corrosão, que diferem dos que têm separado transmissão e recepção de elementos separados por uma barreira do som, sem apoio, e uma linha de atraso integral para orientar e Casal da energia sonora, ao invés de um wearplate ou lente.
Transdutores do tipo mais comumente usado para gaging ultra terão essas propriedades fundamentais funcional, que por sua vez, afetam as propriedades do feixe de som que irá gerar em um determinado material:
Tipo - O transdutor serão identificadas de acordo com seu projeto e funcionar como um contato, linha de atraso, ou do tipo de imersão. As características físicas do material de ensaio, tais como rugosidade, temperatura e acessibilidade, bem como as suas propriedades de transmissão de som e faixa de espessura a ser medida, irão influenciar a escolha do tipo de transdutor.
Diâmetro - O diâmetro do transdutor ativo, que é normalmente alojados em uma caixa um pouco maior. transdutores de menor diâmetro são muitas vezes mais facilmente acoplado ao material do teste, enquanto que diâmetros maiores podem Casal de forma mais eficiente em superfícies ásperas devido a um efeito médio. diâmetros maiores também são necessárias por razões de design com a diminuição da freqüência do transdutor.
Frequência - O número de ciclos de onda concluída em um segundo, normalmente expressos em quilohertz (kHz) ou Megahertz (MHz). A maioria de Medição ultra-sônica é feito na faixa de freqüência de 500 KHz a 20 MHz, para a maioria dos transdutores caiam dentro desse intervalo, apesar de transdutores comerciais estão disponíveis a partir de 50 KHz abaixo para acima de 200 MHz. aumenta a penetração com menor freqüência, enquanto o aumento de resolução e nitidez de foco com maior freqüência.
transdutores típicos para espessura gaging não geram ondas sonoras em uma freqüência única pura, mas sim sobre uma gama de frequências centrada na designação freqüência nominal - largura de banda. Bandwidth é a parte da resposta de freqüência que cai dentro dos limites da amplitude especificada. banda larga é geralmente desejável na espessura gaging aplicações que envolvam contacto, a linha de atraso, e transdutores de imersão
Waveform duração - O número de ciclos de onda gerada pelo transdutor de cada vez que é pulsante. Um transdutor de banda estreita tem ciclos mais de um transdutor de maior largura de banda. Elemento de diâmetro, apoio material tuning, elétricos e método de excitação do transdutor toda a duração da forma de onda de impacto. A duração da onda curta (resposta de banda larga) é desejável na maioria das aplicações espessura de medição.
Sensibilidade - A relação entre a amplitude do pulso de excitação e do eco recebido de um alvo designado. Esta é uma função da saída da energia do transdutor.
Beam perfil - Como uma aproximação a trabalhar, o feixe de um transdutor de disco típico desfocado é frequentemente considerada como uma coluna de energia provenientes da zona de elemento ativo que viaja como uma coluna em linha reta por um tempo e então se expande de diâmetro e, eventualmente, se dissipa, como o raio de um holofote.
Na verdade, o perfil do feixe real é complexo, com gradientes de pressão em ambas as direções transversal e axial. Na ilustração abaixo perfil do feixe, o vermelho representa áreas de maior energia, enquanto o verde eo azul representam mais baixa energia.
A forma exata da viga em um caso específico é determinada pela frequência do transdutor, diâmetro do transdutor e da velocidade do som material. A área de energia máximo a uma curta distância para além da face do transdutor marca a transição entre os componentes do feixe conhecido como o campo próximo eo campo distante, cada qual é caracterizado por tipos específicos de gradientes de pressão. Próximo do campo de comprimento é um fator importante na detecção ultra-sónicos, pois afeta a amplitude de ecos provenientes de pequenas falhas, como rachaduras, mas geralmente não é um fator significativo na espessura de aplicações de medição.
Focalização - transdutores de imersão pode ser focalizado com lentes acústicas para criar um feixe em forma de ampulheta que restringe a uma pequena zona focal e, em seguida, se expande. Certos tipos de transdutores de linha de atraso pode ser focado também. Focalização do feixe é muito útil quando se mede tubos de pequeno diâmetro ou de peças de outros testes com raios afiada, já que concentra a energia do som em uma área pequena e melhora a resposta de eco.
Atenuação - À medida que viaja através de um médium, a frente de onda organizado gerada por um transdutor de ultra-sons começam a quebrar, devido à transmissão imperfeita de energia através da microestrutura de qualquer material. Organizado vibrações mecânicas (ondas sonoras) se transformam em vibrações mecânicas aleatórias (calor), até a frente de onda não é mais detectável. Esse processo é conhecido como a atenuação do som. A atenuação depende do material e aumenta proporcionalmente à freqüência. Como regra geral, materiais duros como metais são menos atenuantes de materiais mais macios, como o plástico. Atenuação em última análise limita a espessura máxima do material, que pode ser medido com uma configuração de calibre de dados e transdutor, pois determina o momento em que um eco vai ser muito pequena para ser detectada.
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