شما در این صفحه میباشید: تجهیزات بازرسی فنی  « ضخامت سنج اولتراسونیک

ضخامت سنج التروسونیک
Ultrasonic Thickness Gauge

ضخامت سنج اولتراسونیک یکی از تجیهزات مربوط به تستهای غیر مخرب است که به منظور اندازه گیری ضخامت موادی که به یک سطح آن دسترسی داریم بکار میرود. روش اولتراسنیک برای اندازه گیری ضخامت فلز، پلاستیک، کامپوزیت، سرامیک، فایبرگلس و ... به کار میرود . دستگاه های ضخامت سنج  آلتراسونیک و پروب (پراب آلتراسونیک) در مدلهای مختلف با توانایی و کارایی های مختلف  وجود دارد.
تست، بازرسی و اندازه گیری تجهیزات صنعتی

 

ضخامت سنج های اولتراسونیک ساخت کمپانی SIUI

SIUI Ultrasonic Thickness Gauges

دستگاه های ضخامت سنج آلتراسونیک ساخت کمپانی SIUI با امکانات و قابلیتهای بسیار از جمله قابلیت ذخیره اطلاعات و انتقال به کامپیوتر از طریق کابل USB، امکان اندازه گیری سریع سرعت صوت و ...

دستگاه ها و تجهیزات تست و اندازه گیری صنعتی

ضخامت سنج اولتراسونیک :
( Ultrasonic Thickness Gauge )

ضخامت سنج التراسونیک یا Ultrasonic Thickness Gaugeیکی از تجیهزات مربوط به تست های غیر مخرب است که  به منظور اندازه گیری ضخامت فلز موادی که به یک سطح آن دسترسی داریم بکار میرود. این روش برای اندازه گیری ضخامت فلز، پلاستیک، کامپوزیت، سرامیک، فایبرگلس به کار میرود. ضخامت سنجی التراسونیک برای موادی از قبیل چوب، سیمان، کاغذ، و فوم مشکل تر میباشد.. بزرگترین مزیت ضخامت سنجی با روش اولتراسونیک در این است که تنها با دسترسی به یک سطحی میتوان ضخامت قطعه را اندازه گیری کرد و این توانایی در خیلی از موارد به کمک بازرسان آمده است.

با روش اولتراسونیک میتوان ضخامتهای بین 0.08mm تا 635mm را اندازه گیری کرد که این بازه به جنس قطعه مورد آزمایش، توانایی دستگاه  اولتراسنیک و نوع پروب التراسونیک مورد استفاده بستگی دارد.

 

 

اصول کار دستگاه ضخامت سنج التراسونیک

تمامی دستگاه های ضخامت سنج آلتراسونیک از طریق اندازه گیری مدت زمان لازم برای انتقال موج اولتراسونیک ایجاد شده توسط ترنسدیوسر یا پروب  آلتروسونیک در قطعه و انعکاس از انتها و بازگشت به پروب ، میتوانند ضخامت قطعه را محاسبه نمایند.

روش کار به این صورت است که دستگاه ضخامت سنج آلتراسونیک ( Ultrasonic Thickness Gauge ) یک پالس الکتریکی به پروب میفرستد. این پالس وارد کریستال پیزوالکتریک موجود در پراب میشود و خاصیت پیزوالکتریکی کریستال باعث تولید موج اولتراسونیک از نوع  Pulse Echo میشود. با قرار دادن پروب روی سطحی قطعه مورد تست و کوپل کردن سطح مشترک ، موج ایجاد شده وارد قطعه میشود  و مسیر خود را ادامه میدهد تا به فصل مشترک انتهای قطعه برسد و منعکس گردد. موج انعکاسی پس از وارد شدن به درون پروب به کریستال پروب برخورد میکند و خاصیت پیزوالکتریکی پروب باعث تولیدجریان الکتریکی میشود. این جریال به درون دستگاه میرود و توسط پردازشگر مدت زمان بین ارسال موج و بازگشت موج محاسبه میشود که در حدود چند میلیونیوم ثانیه میباشد.

چنانچه سرعت صوت در قطعه مورد تست برای دستگاه مشخص شده باشد از رابطه X=V×t  مسافت طی شده موج بدست محاسبه میشود و درنتیجه ضخامت قطعه مشخص میگردد.

مزیتهای ضخامت سنجی به روش اولتراسونیک:

  • نیاز به دسترسی به تنها یک سطح قطعه میباشد.
  • یک روش کاملا غیرمخرب میباشد و نیاز به هیچگونه برش کاری نمیباشد.
  • دقت این روش بسیار بالا و بسیار قابل اعتماد میباشد.
  • بازه اندازه گیری گسترده ضخامت سنجی با این روش برای اکثر قطعات با ضخامت های مختلف را امکان پذیر ساخته است.
  • کار با دستگاه ضخامت سنج بسیار آسان است و اپراتوری آن نیاز به دانش فنی پیچیده ای ندارد .
  • سرعت بسیار بالای این روش امکان اندازه گیری ضخامت یک نقطه ظرف مدت 1 تا 2 ثانیه را ممکن میسازد.
  • امکان ذخیره ضخامتهای خوانده شده در دستگاه و انتقال آن به کامپوتر جهت پردازش و ارائه گزارش از دیگر قابلیتهای روش آلتراسونیک است.

کاربردها و موارد استفاده از ضخامت سنج اولتراسنیک

دو کاربرد اصلی دستگاه ضخامت سنج اولتراسونیک عبارست است از :

اندازه گیری خوردگی: (Corrosion Gauge)

ضخامت سنج اولتراسنیک خوردگی سنج

یکی از کاربردهای اصلی این روش  و استفاده از دستگاه ضخامت سنج آلتروسونیک ( Ultrasonic Thickness Gauge ) برای ضخامت قطعاتی است که به دلیل مجاورت با یک ماده خورنده ضخامت آنها بر اثر خوردگی در حال کاهش میباشد قطعاتی از قبیل لوله ها و پایپ ها، مخازن نگهداری و مخازن تحت فشار، و .. که باید در دوره های زمانی مشخص ضخامت باقیمانده دیواره اندازه گیری شود و اگر ضخامت درنقطه یا منطقه ای کمتر از حد آستانه باشد وضعیت بحرانی خواهد بود و باید مشکل آن به طریقی مرتفع گردد.

برای ضخامت سنجی خوردگی باید از پروبهای دوکریستاله ( TR Probe ) استفاده نمود. پراب دو کریستاله پروبی التراسنیک است که در درون آن دو کریستال قرار دارد که تحت زاویه خاص از یکدیگر قرار دارند. یک کریستال فرستنده موج ( Transmitter ) و دیگری گیرنده موج ( Receiver ) است . در پروب دو کریستاله به دلیل ساختار خاص خود انتقال موج اولتراسونیک به درون قطعه و بازگشت آن به صورت V شکل میباشد ( V-Shaped Sound Path ) که این امر  تشخیص نقاط خورده شده و پیت را ممکن میسازد.



ضخامت سنجی :

ضخامت سنج آلتروسونیک جهت ضخامت فلز

این بخش هر نوع ضخامت سنجی دیگر بغیر از ضخامت سنجی مواد خورده شده بر اثر خوردگی را شامل میشود. برای ضخامت سنجی عادی از پروب تک کریستال Single-Element Probe استفاده میشود.



کالیبره کردن دستگاه ضخامت سنج اولتروسونیک:

کالیبره کردن دستگاه ضخامت سنج اولتراسونیک شامل دو قسمت میباشد:

مشخص کردن مقدار Zero Offset پراب یا همان ترانسدیوسر :

ضخامت سنج اولتراسونیک فلز

به دلیل اینکه کریستال موجود در پراب از سطح پراب فاصله دارد و دستگاه ( Ultrasonic Thickness Gauge ) قادر به تمیز دادن این فاصله از ضخامت قطعه نمیباشد، فاصله ذکر شده در محاسبات پردازشگر به مقدار واقعی ضخامت قطعه اضافه میگردد. لذا لازم است این فاصله که Zero Offset نام دارد برای پردازشگر مشخص گردد تا مقدار آن را از ضخامت بدست آمده کم کند و ضخامت باقیمانده را به عنوان ضخامت قطعه در نظر گرفته و نمایش دهد. به دلیل اینکه فاصله کریستال از سطح پراب بر اثر جابجایی جزئی کریستال  و همچنین خورده شدن تدریجی سطح پراب در حال تغییر است، باید این مقدار قبل از شروع ضخامت سنجی و توسط بازرس برای دستگاه مشخص گردد.

برای این منظور یک قطعه فولادی با سطح مقطع معمولا دایره ای شکل بر روی دستگاه قرار دارد که Zero Block نام دارد. مشخصات این قطعه شامل سرعت دقیق صوت در آن و ضخامت آن توسط کمپانی سازنده ، به دستگاه ضخامت سنج التروسونیک داده شده است و در حافظه آن میباشد. با قرار دادن پراب مورد استفاده بر روی Zero Block و فشار دادن دکمه مربوطه ، پردازشگر دستگاه مقدار Zero Offset را محاسبه میکند و آن را در حافظه نگه میدارد. روش کار به این صورت است که پس از فشار دادن دکمه مربوط به Zero Calibration ، دستگاه با ارسال موج التروسونیک به درون Zero Block کار ضخامت سنجی را انجام میدهد و با مقایسه ضخامت بدست آمده با ضخامت واقعی که در حافظه آن است و کم کردن این دو ضخامت از یکدیگر، مقدار Zero Offset محاسبه میگردد.

پیشنهاد میشود هر بار  پس از روشن کردن دستگاه و قبل از شروع کار ضخامت سنجی، در اولین مرحله Zero Calibration توسط بازرس انجام شود.

البته شایان ذکر است دستگاه های جدید ساخت کمپانیهای معتبر مثل GE و Olympus طوری طراحی شده است که با اتصال پراب و دستگاه ، پردازشگر به صورت اتوماتیک مقدار Zero Offset را محاسبه میکند و نیازی به انجام Zero Calibration نیست که به این خصوصیت اصطلاحا Off Zero میگویند .


 

مشخص کردن سرعت صوت در قطعه مورد تست:

ضخامت سنج آلتراسونیک جهت ضخامت سنج فلز

از آنجا که سرعت صوت در مواد مختلف متفاوت میباشد مهمترین نکته در استفاده از دستگاه ضخامت سنج اولتراسونیک ( Ultrasonic Thickness Gauge ) مشخص کردن سرعت صوت در قطعه مورد نظر است که به این امر کالیبره کردن دستگاه گویند. هر چه کالیبره کردن دستگاه با دقت بیشتری انجام گیرد نتایج بدست آمده و ضخامتهای خوانده شده به واقعیت نزدیکتر خواهد بود.

برای کالیبره کردن دستگاه کافی است که یک قطعه از جنس قطعه مورد تست با ضخامت مشخص داشته باشیم که به آن تست بلاک یا تست بلوک (Test Block ) میگویند. با قرار دادن پراب روی آن و فشار دادن دکمه مربوط به کالیبراسیون دستگاه ، پردازشگر دستگاه بر اساس سرعت صوتی که به آن داده ایم پردازش را انجام میدهد و یک عدد به عنوان ضخامت نمایش میدهد. حال ضخامت نمایش داده شده را با استفاده از دکمه های بالا و پاین روی دستگاه ، کم یا زیاد میکنیم تا مقدار آن برابر ضخامت واقعی تست بلوک شود. حال دکمه مربوط به اتمام کالیبراسیون را میفشاریم . در اینجا در حقیقت به پردازشگر گفته ایم که ضخامت واقعی باید چه مقداری باشد و پردازشگر با استفاده از رابطه  X= V×t سرعت صوت در ماده را پیدا میکند. در رابطه فوق مقدار زمان را که محاسبه میکند، مقدار ضخامت یا X را هم کاربر مشخص کرده است و از این رابطه مقدار سرعت یا V مشخص میگردد.

در اینجا عملیات کالیبراسیون به اتمام رسیده است و اپراتور میتواند ضخامت سنجی را انجام دهد.

سرعت صوت در یک ماده به جنس ماده، دانه بندی و فشردگی ماده و دمای آن بستگی دارد. به همین دلیل بهترین و دقیقترین روش کالیبراسیون اینست که تست بلاک مورد استفاده دقیقا از جنس خود قطعه مورد تست باشد و دمای تست بلاک با دمای نمونه برابر باشد.

انواع پراب یا ترنسدیوسر التروسونیک

پروب های ضخامت سنجی را میتوان به چهار گروه تقسیم بندی کرد:

پراب تماسی ( Contact Transducer ) :

ضخامت سنج اولتراسنیک با پروب اولتراسنیک

معمولترین نوع پراب ضخامت سنجی میباشد و باید پروب به صورت مستقیم بر روی سطح قطعه قرار گیرد. اندازه گیری با پروب ضخامت سنج نوع تماسی ساده ترین روش است و معمولا اولین گزینه برای ضخامت سنجی میباشد.



پراب نوع Delay Line Transducer :

در این پروبها یک لایه از جنس پلاستیک، اپکسی و یا سیلیکا ( Fused Silica ) که Delay Line نام دارد بین المنت و قطعه وجود دارد. کاربرد اصلی این پروب در اندازه گیری قطعات خیلی نازک با ضخامت کم میباشد. همچنین این لایه به عنوان یک محافظ کریستال در مقابل دمای بالا و محافظ سطح پراب در برابر خوردگی و سایش عمل میکند. همچنین لایه محافظ با سطحی انحنا دار جهت ضخامت سنجی سطوح منحنی استفاده میشود.

پراب نوع Immersion Probe :

در این نوع پرابها با پاشش آب به فصل مشترک سطح پروب و قطعه عمل کوپلنگ انجام میشود و بیشترین کاربرد آن در ضخامت سنجی قطعات در حال حرکت در خط تولید میباشد

پراب دو کریستاله ( Dual Element Or TR Transducer ) :

ضخامت سنج آلتروسونیک با پروب دو کریستاله

این نوع پروب جهت اندازه گیری سطوح خورده شده و ناصاف کاربرد دارد. در این پرابها  دو کریستال یکی به عنوان فرستنده و دیگری گیرنده وجود دارد که تحت یک زاویه نسبت به یکدیگر قرار دارند. این امر باعث افزایش تمرکز موج میشود.



پارامترها و مشخصه های مهم یک پراب اولتراسونیک:

قطر پروب ( Diameter ) :  جهت ضخامت سی لوله با قطر خارجی پایین استفاده از پراب التراسونیک با قطر کم پیشنهاد میگردد. هر چه قطر پراب کوچکتر باشد، بهتر روی سطح منحنی لوله می نشیند و کوپل کردن آن آسانتر است.  

ضخامت سنج التراسونیک برای ضخامت سنج فلز

فرکانس پراب ( Probe Frequency ) : هر چه فرکانس پراب کمتر باشد عمق نفوذ موج ایجاد شده بیشتر خواهد بود. هر چه فرکانس پروب بیشتر باشد رزولوشن و تمرکز موج بیشتر خواهد بود.

رنج دمای کاری : باید دقت شود دمای قطعه مورد تست در محدوده رنج کاری پراب باشد در غیر اینصورت کریستال پراب خراب میشود و به اصطلاح میسوزد. برای ضخامت سنجی قطعات با دمای بالا باید از پروبهای دما بالا و طبق دستور العمل کمپانی سازنده استفاده شود.

جدیدترین پیشرفتها در دستگاه های ضخامت سنج اولتراسنیک

در سالهای اخیر قابلیتهای دیگری نیز به دستگاه های ضخامت سنج اولتراسنیک اضافه شده است ( Ultrasonic Thickness Gauge )که از آن جمله میتوان به موارد ذیل اشاره نمود:

روش Dual Multi برای ضخامت سنجی از روی رنگ: با استفاده از روش Dual Multi قادر به اندازه گیری ضخامت فلزت دارای رنگ یا پوشش بدون نیاز به برداشتن رنگ خواهیم بود ( Ultrasonic Thickness Gauge ). در روش Dual Multi برای اندازه گیری مقدار ضخامت از دو پیک انتهایی یا Back Wall استفاده میشود و در نتیجه مقدار ضخامت رنگ یا پوشش در نتیجه بی تاثیر خواهد بود.

ضخامت سنج التراسنیک

روش Top Coat جهت اندازه گیری همزمان ضخامت فلز پایه و پوشش:
این روش که مختص کمپانی Krautkramer یا GE است که در دستگاه ضخامت سنج مدل DMS2-TC وجود دارد. در این روش از یک پراب خاص با دو زوج کریستال استفاده میشود. زوج اول مقدار پوشش را محاسبه میکند و زوج دوم کل ضخامت فلز و پوشش را و به این ترتیب به صورت همزمان ضخامت فلز پایه و ضخامت پوشش نمایش داده میشود.

ضخامت سنجی فلز

روش نمایش B-Scan:
در دستگاه های ضخامت سنج جدید مود B-Scan نیز اضافه شده است که سرعت ضخامت سنجی بخصوص برای سطوح خورده شده را بسیار افزایش میدهد.

ضخامت سنج التراسنیک فلز B Scan

ضخامت سنجی قطعات با دمای بالا:
ضخامت سنجی نمونه با دمای بالاتر از 50 درجه سانتیگراد بوسیله پرابهای معمول امکان پذیر نمیباشد و باعث سوختن کریستال پروب میشود. پرابهای خاصی بنام پراب دما بالا برای اینکار طراحی شده است . به عنوان مثال پراب مدل HT-400 ساخت کمپانی Krautkramer یا GE sensing یک پراب دما بالا است که میتوان نمونه تا دمای 530 درجه سانتیگراد را با آن ضخامت سنجی کرد.

پروب اولتراسونیک ضخامت سنج فلز