در این مطلب به بررسی اصول کار ضخامت سنج های اولتراسونیک توضیحات به شما ارائه میدهیم. ضخامت سنج های اولتراسونیک ابزارهای قدرتمندی هستند که در صنایع مختلف برای اندازه گیری دقیق ضخامت مواد مختلف از جمله فلزات، پلاستیک ها، کامپوزیت ها و سرامیک ها مورد استفاده قرار می گیرند. این دستگاه ها با بهره گیری از امواج صوتی با فرکانس بالا (اولتراسونیک) کار می کنند و قادرند بدون نیاز به تخریب نمونه، ضخامت آن را با دقت بسیار بالایی اندازه گیری کنند. در این مقاله، به بررسی اصول کار این دستگاه ها و کاربردهای گسترده آنها پرداخته خواهد شد.
اصول کار ضخامت سنج های اولتراسونیک
اساس کار ضخامت سنج های اولتراسونیک بر پایه ارسال و دریافت امواج صوتی با فرکانس بالا استوار است. این امواج پس از برخورد با سطح داخلی قطعه، بازتابیده شده و به دستگاه باز می گردند. دستگاه با اندازه گیری زمان رفت و برگشت این امواج و با توجه به سرعت انتشار صوت در ماده مورد آزمایش، ضخامت قطعه را محاسبه می کند.
مراحل کار ضخامت سنج های اولتراسونیک به طور خلاصه به شرح زیر است:
- تولید پالس اولتراسونیک: یک مبدل (پراب) انرژی الکتریکی را به ارتعاشات مکانیکی با فرکانس بالا تبدیل کرده و پالس اولتراسونیک را تولید می کند.
- انتقال پالس به داخل ماده: پالس اولتراسونیک از طریق یک واسطه (کوپلنت) مانند ژل یا روغن به داخل ماده نفوذ می کند.
- بازتاب پالس از سطح داخلی: پالس اولتراسونیک پس از برخورد با سطح داخلی قطعه، بخشی از انرژی آن بازتابیده شده و به سمت مبدل باز می گردد.
- دریافت پالس بازتابیده: مبدل، پالس بازتابیده را دریافت کرده و آن را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند.
- محاسبه ضخامت: دستگاه با اندازه گیری زمان بین ارسال و دریافت پالس و با توجه به سرعت صوت در ماده، ضخامت قطعه را محاسبه می کند.
عوامل موثر بر دقت اندازه گیری
ضخامت سنج های اولتراسونیک ابزارهای قدرتمندی هستند که در صنایع مختلف برای اندازه گیری دقیق ضخامت مواد مختلف به کار می روند. با این حال، دقت اندازه گیری در این دستگاه ها تحت تاثیر عوامل مختلفی قرار می گیرد. در این مقاله، به بررسی دقیق این عوامل و راهکارهای کاهش خطا در اندازه گیری پرداخته خواهد شد.
خواص ماده:
- سرعت صوت: سرعت صوت در مواد مختلف متفاوت است و این تفاوت بر زمان رفت و برگشت امواج اولتراسونیک و در نتیجه بر دقت اندازه گیری تاثیرگذار است. برای هر ماده، سرعت صوت مشخصی وجود دارد که باید در تنظیمات دستگاه وارد شود.
- چگالی: چگالی ماده نیز بر سرعت صوت تاثیرگذار است و در نتیجه بر دقت اندازه گیری اثر می گذارد.
- دما: تغییرات دما باعث تغییر در سرعت صوت در مواد می شود. بنابراین، تغییرات دمایی می تواند بر دقت اندازه گیری تاثیر بگذارد.
- ساختار کریستالی: مواد با ساختار کریستالی متفاوت، خواص آکوستیکی متفاوتی دارند که بر انتشار امواج اولتراسونیک تاثیر می گذارد.
شرایط اندازه گیری:
- کوپلینگ: کیفیت اتصال بین مبدل و سطح قطعه (کوپلینگ) بسیار مهم است. وجود حباب هوا یا هر نوع ناخالصی بین مبدل و سطح قطعه باعث تضعیف سیگنال و کاهش دقت اندازه گیری می شود.
- زبری سطح: سطوح زبر باعث پراکندگی امواج اولتراسونیک و کاهش دقت اندازه گیری می شوند.
- انحنای سطح: در سطوح منحنی، امواج اولتراسونیک به صورت مستقیم منتشر نمی شوند و این امر باعث ایجاد خطا در اندازه گیری می شود.
- ضخامت ماده: در ضخامت های بسیار کم یا بسیار زیاد، دقت اندازه گیری ممکن است کاهش یابد.
- وجود عیوب: وجود عیوب مانند ترک، حفره و ناخالصی در داخل ماده باعث پراکندگی یا جذب امواج اولتراسونیک شده و بر دقت اندازه گیری تاثیر می گذارد.
مشخصات مبدل:
- فرکانس کاری: فرکانس کاری مبدل بر عمق نفوذ امواج اولتراسونیک و رزولوشن اندازه گیری تاثیر می گذارد.
- قطر مبدل: قطر مبدل بر اندازه ناحیه ای که توسط امواج اولتراسونیک پوشش داده می شود، تاثیر می گذارد.
- زاویه پرتو: زاویه پرتو مبدل بر نحوه انتشار امواج اولتراسونیک تاثیر می گذارد.
تنظیمات دستگاه:
- سرعت صوت وارد شده: اگر سرعت صوت به درستی در دستگاه وارد نشود، نتایج اندازه گیری با خطا همراه خواهد بود.
- گستره اندازه گیری: انتخاب گستره اندازه گیری مناسب برای ضخامت قطعه بسیار مهم است.
- آستانه تشخیص سیگنال: تنظیم آستانه تشخیص سیگنال به درستی باعث کاهش نویز و افزایش دقت اندازه گیری می شود.
راهکارهای کاهش خطا در اندازه گیری
- استفاده از کوپلنت مناسب: برای ایجاد یک اتصال خوب بین مبدل و سطح قطعه، از کوپلنت مناسب استفاده کنید.
- آماده سازی سطح: قبل از اندازه گیری، سطح قطعه را تمیز و صاف کنید.
- کالیبراسیون دستگاه: به طور مرتب دستگاه را با استفاده از بلوک های استاندارد کالیبره کنید.
- انتخاب مبدل مناسب: مبدل را با توجه به ضخامت قطعه، جنس ماده و شرایط اندازه گیری انتخاب کنید.
- کنترل دما: سعی کنید اندازه گیری را در شرایط دمایی ثابت انجام دهید.
- استفاده از روش های پیشرفته: برای اندازه گیری در شرایط پیچیده، از روش های پیشرفته مانند تکنیک های چند فرکانسی یا استفاده از نرم افزارهای تخصصی استفاده کنید.
اجزای اصلی ضخامت سنج های اولتراسونیک
- مبدل (پراب): وظیفه تولید و دریافت امواج اولتراسونیک را بر عهده دارد.
- واسطه (کوپلنت): برای انتقال موثر امواج اولتراسونیک از مبدل به قطعه مورد آزمایش استفاده می شود.
- دستگاه الکترونیکی: سیگنال های الکتریکی تولید شده توسط مبدل را پردازش کرده و ضخامت قطعه را محاسبه می کند.
- نمایشگر: نتایج اندازه گیری را به صورت عددی نمایش می دهد.
کاربردهای ضخامت سنج های اولتراسونیک
- اندازه گیری ضخامت خوردگی: برای ارزیابی میزان خوردگی در لوله ها، مخازن و سایر تجهیزات فلزی
- کنترل کیفیت محصولات: برای اطمینان از کیفیت محصولات تولید شده در صنایع مختلف
- بازرسی جوش: برای بررسی کیفیت جوش و تشخیص عیوب جوشکاری
- اندازه گیری ضخامت پوشش ها: برای اندازه گیری ضخامت پوشش های رنگ، گالوانیزه و سایر پوشش های سطحی
نتیجه گیری
ضخامت سنج های اولتراسونیک به عنوان ابزارهای قدرتمندی در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. این دستگاه ها با بهره گیری از امواج صوتی با فرکانس بالا، قادرند ضخامت مواد مختلف را با دقت و سرعت بالا اندازه گیری کنند. با توجه به مزایای فراوان این دستگاه ها، استفاده از آنها در صنایع مختلف روز به روز در حال افزایش است.
