Nguyên lý hoạt động của máy đo độ dày vật liệu bằng sóng siêu âm?
Năng lượng âm có thể được tạo trên dải băng tần rộng. Âm thanh có thể nghe thấy xuất hiện ở dải tần số thấp với giới hạn trên khoảng 20 000 chu kỳ trên giây (20 Kilohertz). Siêu âm là năng lượng âm ở tần số cao hơn giới hạn của con người có thể nghe được. Phần lớn kiểm tra siêu âm được thực hiện trong dải tần số giữa 500 KHz và 20 MHz, mặc dù một số thiết bị chuyên dụng có thể sử dụng tần số thấp đến 50 KHz hoặc thấp hơn và cao tới 225 MHz. Bất cứ ở tần số nào, năng lượng âm bao gồm các dao động cơ học truyền qua môi trường như không khí hoặc thép theo định luật cơ bản của vật lý về sóng. Tất cả các thiết bị đo độ dày đều hoạt động bằng cách đo chính xác thời gian sóng âm được tạo ra bởi đầu dò siêu âm truyền qua chiều dày của chi tiết. Vì sóng âm phản xạ từ mặt phân cách giữa hai vật liệu khác nhau, phép đo này thường được thực hiện từ một bên theo kỹ thuật xung vọng, trong đó thiết bị sẽ đo thời gian truyền vào chi tiết và phản xạ ở mặt đáy quay lại đầu dò. Đầu dò bao gồm biến tử áp điện được kích hoạt bởi xung lực điện ngắn để tạo ra xung của sóng âm. Sóng âm được truyền vào chi tiết kiểm tra và truyền đến khi chúng đập vào mặt đáy hoặc mặt phân cách khác và phản xạ trở lại đầu dò. Đầu dò sẽ chuyển năng lượng âm thành năng lượng điện. Về bản chất, thiết bị nghe xung vọng từ mặt đối diện. Thời gian truyền chỉ khoảng vài phần triệu giây. Thiết bị được lập trình với vận tốc âm trong vật liệu, từ đó có thể tính chiều dày của vật liệu bằng công thức toán học đơn giản.
Công thức tính độ dày vật liệu: T = (V) x (t/2)
Trong đó:
T = Chiều dày của chi tiết
V = Vận tốc âm trong vật liệu kiểm tra
t = Thời gian truyền một vòng đo được
Hình ảnh máy đo bề dày lớp sơn trên gỗ bằng siêu âm
Các loại đầu dò thường được sử dụng ?
Với mỗi loại đầu dò khác nhau sẽ có từng cách đo cũng như dùng để đo trên từng loại vật liệu khác nhau. Sau đây là một số những loại đầu dò đang được sử dụng phổ biến hiện nay.
a) Đầu dò tiếp xúc
Đầu dò tiếp xúc trực tiếp với chi tiết kiểm tra. Phép đo với đầu dò tiếp xúc thường thực hiện đơn giản nhất và là sự lựa chọn đầu tiên cho các ứng dụng đo chiều dày bằng siêu âm thông dụng hơn là để đo sự ăn mòn.
b) Đầu dò trễ
Đầu dò trễ dẫn âm bằng lớp đệm chất dẻo, epoxy hoặc silicon giữa của đầu dò và chi tiết kiểm tra. Nó dùng để đo vật liệu mỏng vì cần phải tách xung phát ra khỏi xung phản xạ từ mặt đáy. Đầu dò trễ có thể sử dụng như phần tử cách nhiệt, bảo vệ đầu dò nhạy với nhiệt độ khi tiếp xúc với chi tiết nóng. Đầu dò trễ này cũng có thể được tạo hình dạng hoặc đường bao để tiếp âm với các mặt cong đột ngột hoặc những vị trí khó tiếp cận.
c) Đầu dò nhúng
Đầu dò nhúng sử dụng cột nước hoặc bể nước để truyền sóng âm vào chi tiết kiểm tra. Chúng có thể được sử dụng để đo các sản phẩm chuyển động trên dây chuyền, phép đo quét trong trường hợp đo độ dày hay khuyết tật của ống chống giếng khoan dầu khí,…
d) Đầu dò kép
Đầu dò kép được sử dụng chủ yếu để đo trên các bề mặt thô ráp, đo sự ăn mòn. Các đầu dò phát và thu riêng rẽ được gắn phần trễ nghiêng một góc nhỏ để hội tụ sóng âm ở khoảng cách đã chọn trong chi tiết. Mặc dù phép đo với đầu dò kép đôi khi không được chính xác như các loại đầu dò khác, nhưng chúng thực hiện tốt trong các ứng dụng kiểm tra sự ăn mòn.
Hình ảnh máy đo bề dày kim loại bằng siêu âm
Các vấn đề quan tâm khi mua máy đo độ dày vật liệu?
Trong các ứng dụng đo bằng siêu âm, sự lựa chọn thiết bị và đầu dò sẽ phụ thuộc vào vật liệu cần đo, dải chiều dày, kích thước hình học, nhiệt độ, yêu cầu về độ chính xác và những điều kiện đặc biệt khác có thể có. Sau đây là các yếu tố chính cần được quan tâm.
a) Vật liệu cần đo
Loại vật liệu và dải chiều dày sẽ đo là những yếu tố quan trọng trong việc lựa chọn thiết bị và đầu dò. Rất nhiều vật liệu kỹ thuật thông thường bao gồm phần lớn kim loại, gốm, và thủy tinh truyền sóng âm rất hiệu quả và có thể đo dải rộng cho chiều dày. Phần lớn các chất dẻo hấp thụ sóng âm nhanh hơn vì vậy dải đo chiều dày cao nhất bị hạn chế nhiều. Cao su, sợi thủy tinh, và nhiều loại vật liệu tổng hợp suy giảm sóng âm nhiều hơn nên yêu cầu thiết bị có khả năng truyền sâu cùng với bộ thu/phát hoạt động ở tần số thấp.
b) Chiều dày
Dải chiều dày cũng đóng vai trò quyết định tới loại thiết bị và đầu dò mà chọn lựa. Nói chung, vật liệu mỏng đo ở tần số cao và vật liệu dày hoặc vật liệu suy giảm âm nhiều cần đo ở tần số thấp. Đầu dò trễ thường được sử dụng cho vật liệu quá mỏng, tuy nhiên đối với đầu dò trễ và nhúng "chiều dày lớn nhất có thể đo được" bị hạn chế bởi ảnh hưởng bởi sự lặp lại của xung phản xạ từ hai bề mặt. Trong một số trường hợp yêu cầu đo dải chiều dày rộng hoặc có nhiều loại vật liệu, có thể yêu cầu nhiều loại đầu dò.
c) Kích thước và hình dáng
Khi độ cong của bề mặt càng lớn, hiệu quả truyền âm giữa đầu dò và chi tiết kiểm tra càng giảm, nên khi độ cong tăng lên thì kích thước của đầu dò cần phải giảm đi. Phép đo trên bề mặt cong đột ngột, đặc biệt là mặt lõm. Người dùng có thể sử dụng đầu dò trễ đặc biệt bám sát mặt cần đo hoặc đầu dò nhúng để sự truyền âm đạt được hiệu quả. Đầu dò trễ hoặc nhúng cũng có thể được sử dụng để đo ở các đường rãnh, lỗ hổng và những khu vực tương tự nhưng sự tiếp cận bị hạn chế.
d) Nhiệt độ
Đầu dò tiếp xúc thông thường có thể sử dụng trên bề mặt có nhiệt độ tới 50 độ C. Nhưng nếu sử dụng đầu dò tiếp xúc trên vật liệu nóng hơn có thể gây hư hại vĩnh viễn bởi ảnh hưởng của sự giãn nở vì nhiệt. Trong những trường hợp như vậy nên sử dụng đầu dò trễ với phần trễ chịu nhiệt, đầu dò nhúng, hoặc đầu dò kép chịu được nhiệt độ cao.
e) Sự đảo pha
Khi vật liệu có độ kháng âm nhỏ gắn với vật liệu có kháng âm lớn hơn thì xung phản xạ từ mặt phân cách giữa hai vật liệu sẽ đảo pha so với xung thu được từ mặt phân cách với không khí. Tình trạng này có thể điều chỉnh đơn giản trong thiết bị, nhưng nếu không tính đến thì kết quả sẽ không chính xác.
f) Độ chính xác
Rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo trong ứng dụng nhất định, bao gồm việc chuẩn thiết bị, tính đồng nhất của vận tốc âm trong vật liệu, độ suy giảm và tán xạ âm, độ thô ráp của bề mặt, độ cong bề mặt, sự tiếp xúc và sự không song song của hai mặt phân cách. Tất cả những yếu tố này cần được xem xét khi lựa chọn thiết bị và đầu dò.
Quý khách có nhu cầu kiểm định, hiệu chuẩn thiết bị vui lòng liên hệ theo địa chỉ:
Trung tâm Kiểm định hiệu chuẩn vùng 3
Địa chỉ: Số 69, đường số 8, phường An Khánh, Tp. Thủ Đức, Tp.HCM
Văn phòng GD và phòng thí nghiệm: Đường DX17, Phú Thọ, Phú Chánh, TX. Tân Uyên, Bình Dương.
Điện thoại (028) 9999 0979 - Email: kd@kiemdinhvung3.com