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.
Для измерений используют ультразвуковой толщиномер 27mg. 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.