Medidores de espessura ultrassônicos

Instrumentos ultrassônicos para medições de espessura

Medidores de espessura ultrassônicos são usados ​​para meça a espessura dos materiais acessando de apenas um lado da parede usando ondas ultrassônicas.

Quando uma onda ultrassônica é enviada através do material, esse sinal é refletida na parede traseira do material e recebido pela sonda do medidor do sensor. O atraso entre enviar e receber o sinal pode ser usado para calcular a espessura do material.

Para poder medir a espessura de uma parede com um medidor ultrassônico, o material deve ser homogêneo e compacto. Quase todos os metais são adequados para medição com um medidor de espessura ultrassônico, além de outros materiais, como vidro, plástico e até alguns tipos de borracha.

O medidor de espessura ultrassônico é usado na manutenção preventiva, na manutenção comum, durante testes não destrutivos ou na aceitação de materiais durante a produção.

A escolha do medidor de ultrassom deve ser feita de acordo com a aplicação a ser abordada. Você pode escolher instrumentos com uma sonda genérica, adequada para muitas aplicações, ou instrumentos com sondas intercambiáveis ​​e que podem ser adaptados a aplicações específicas (alta temperatura, presença de tintas, grande área de medição, materiais particularmente difíceis de serem medidos devido a médias e baixas densidade).

Medidores de espessura ultrassônicos com visor numérico

Medidores de espessura ultrassônicos com display gráfico

Medidores de espessura ultrassônicos para uso subaquático

PROFUNDIDADE TÉCNICA

Aplicações típicas

As aplicações mais comuns nas quais medidores de espessura ultrassônicos são usados ​​é medição do nível de corrosão em produtos metálicos (tanques, cascos de navios, guindastes, pórticos, tubulações, tanques e chapas em geral).

O metal corroído não carrega ondas ultrassônicas porque contém ar.

Usando um medidor de espessura ultrassônico, a espessura da parte não corroída do metal pode ser facilmente medida.

Isso é particularmente útil quando a parte traseira do material está fora de alcance, como é o caso de muitos cascos de navios, tubulações e tanques.

Outras aplicações comuns são medir a espessura das paredes de garrafas de plástico e vidro, latas de metal ou recipientes de plástico. 

Gamas de medidores de espessura ultrassônicos

A RODER oferece três gamas diferentes de ferramentas:

• Medidores de espessura ultrassônicos com visor numérico (adequado para aplicações de medição de espessura e controle de corrosão)

• Medidores de espessura ultrassônicos com display gráfico (com funções A-scan / B-scan e exibição gráfica da forma de onda do ultrassom e ecos relativos)

• Medidores de espessura para aplicações subaquáticas

Princípio de funcionamento de medidores de espessura ultrassônicos

O medidor de espessura ultrassônico é uma ferramenta usada para detectar a espessura dos materiais condutores do ultrassom de maneira não destrutiva. As primeiras aplicações datam dos anos 60.

Os atuais instrumentos de medição ultrassônica, embora usem sistemas de aquisição mais modernos e interfaces visuais mais avançadas e completas, exploram o mesmo princípio físico que os primeiros instrumentos de medição construídos no século passado.

Os medidores de espessura ultrassônicos determinam a espessura de um material através de uma medição precisa do tempo gasto por um pulso ultrassônico, gerado por um transdutor piezoelétrico, para atravessar a espessura de um material e retornar à sua fonte. O tempo necessário para a viagem de ida e volta da onda sonora é dividido pela metade e depois multiplicado pela velocidade de propagação do som referente a esse material em particular.

O transdutor contém um elemento piezoelétrico que é excitado por um curto impulso elétrico para gerar um trem de ondas ultrassônicas. As ondas sonoras são acopladas ao material a ser testado e viajam através dele até encontrarem uma parede traseira ou outro tipo de material (ar, água, ferrugem, esmalte etc.). As reflexões retornam ao transdutor que converte a energia do som em energia elétrica. Basicamente, o transdutor intercepta o eco do lado oposto. Normalmente, esse intervalo de tempo é de alguns milionésimos de segundo. O medidor de espessura ultrassônico é programado com a velocidade do som no material em teste e, portanto, pode calcular a espessura usando o simples relatório matemático

T = V x (t / 2)

pomba

T = espessura da parede

V = velocidade do som no material de teste

t = o tempo de trânsito da rota

Em alguns casos, um deslocamento de zero é subtraído para levar em consideração atrasos fixos do instrumento e o caminho do som (por exemplo, distância entre o tradutor ultrassônico e o ponto de acoplamento do material da sonda).

É importante notar que a velocidade do som no material de teste é uma parte essencial deste cálculo. Materiais diferentes transmitem ondas sonoras em velocidades diferentes, geralmente mais rápidas em materiais duros e mais lentas em materiais macios. Além disso, as velocidades do som podem mudar significativamente com a temperatura. Portanto, é sempre necessário calibrar um medidor de espessura ultrassônico para a velocidade do som no material a ser medido, e a precisão só pode ser tão boa quanto esta calibração específica. Isso geralmente ocorre com referência a um objeto de amostra cuja espessura é conhecida e certificada. No caso de medições de alta temperatura, também é necessário lembrar que a velocidade do som diminui com a temperatura, portanto, para máxima precisão, a medição de referência deve ser realizada na mesma temperatura do teste de “campo”.

As altas frequências de oscilação do tradutor têm um comprimento de onda mais curto, permitindo assim a medição de materiais mais finos. Frequências mais baixas com um comprimento de onda maior penetram mais longe e são usadas para testar amostras muito espessas ou materiais que são mais difíceis de passar, como fibra de vidro e metais fundidos de granulação grossa (por exemplo, ferro fundido) onde as ondas sonoras têm um trânsito menos eficiente. A seleção de uma frequência de teste ideal geralmente envolve o equilíbrio desses dois requisitos (resolução e capacidade de penetração).

As ondas sonoras na faixa de megahertz não viajam eficientemente pelo ar; portanto, uma gota de líquido de acoplamento é usada entre o transdutor e a amostra para obter uma boa transmissão de som. Os acopladores comuns são glicerina, propileno glicol, água, óleo e gel. É necessária apenas uma pequena quantidade, suficiente para preencher o espaço extremamente fino que se forma entre o transdutor e o material a ser medido.

Vantagens da medição ultrassônica

Meça em um lado do material

Os medidores de espessura ultrassônicos são frequentemente usados ​​em situações em que o operador tem acesso a apenas um lado do material, como no caso de tubos ou conduítes, ou nos casos em que a simples medição mecânica é impossível ou impraticável por outras razões, como tamanho construção excessiva, restrições de acesso ou impraticabilidade mecânica (por exemplo, no centro de chapas grandes ou em bobinas de chapas onde as voltas são enroladas uma em cima da outra). O simples fato de que as medições de espessura com tecnologia de ultrassom podem ser feitas de maneira fácil e rápida de um lado, sem a necessidade de cortar peças, é uma das principais vantagens dessa tecnologia.

Medida não destrutiva

Não é necessário cortar ou seccionar peças, economizando os custos de sucata e preparação da amostra.

Altamente confiável

Os modernos medidores de ultrassom digital são muito precisos, repetíveis e confiáveis ​​e, em muitos casos, adequados para uso mesmo por pessoal não qualificado.

Versatile

Quase todos os materiais de engenharia comuns podem ser medidos com as configurações apropriadas: metais, muitos plásticos, compostos, fibra de vidro, vidro, fibra de carbono, cerâmica e borracha. 
A maioria dos medidores de espessura ultrassônicos pode ser pré-programada com vários propósitos de uso

Ampla faixa de medição

Medidores ultrassônicos estão disponíveis para faixas de medição de 0,2 mm a 500 mm, dependendo do material e do tipo de transdutor. Resoluções de até 0,001 mm podem ser alcançadas.

Facile da usare

A grande maioria das aplicações que usam medidores de espessura ultrassônicos requer configurações pré-programadas simples e apenas uma pequena parte da interação do operador.

Resposta imediata

A medição por ultrassom geralmente é realizada em apenas um ou dois segundos para cada ponto de medição e os resultados numéricos são imediatamente exibidos como uma leitura digital do visor.

Compatível com programas de registro de dados e análise estatística

A maioria dos medidores de espessura ultrassônicos portáteis modernos oferece um datalogger local para dados de medição e qualquer porta USB ou RS232 para transferir as medições para um computador externo para armazenamento e análise posterior.

A escolha da sonda e do instrumento

Para cada aplicação de medição ultrassônica, a escolha de um instrumento e transdutor adequados é fundamental, com base no tipo de material de teste, sua faixa de espessura, o grau de precisão exigido pela medição. Também é necessário considerar a geometria da peça, temperatura e quaisquer outras circunstâncias especiais que possam afetar a configuração do teste.

Em geral, a melhor sonda para cada tipo de medição é aquela que consegue enviar energia ultrassônica suficiente para o material, considerando que o instrumento deve receber um eco de retorno adequado. Os fatores que influenciam a propagação do ultrassom são múltiplos.

Força do sinal de saída

Quanto mais forte o sinal de saída, mais forte o eco de retorno a ser detectado e processado. Esse parâmetro depende basicamente do tamanho do componente da sonda que emite o ultrassom e da frequência de ressonância do transdutor.

Uma grande superfície de emissão, combinada com uma grande superfície de acoplamento com o material em teste, enviará uma quantidade maior de energia ao material do que uma área de emissão menor.

Absorção e dispersão

Quando um ultrassom passa através de um material, parte da energia emitida é absorvida pelo próprio material. Se o material da amostra tiver uma estrutura granular, a onda ultrassônica sofrerá um efeito de dispersão e atenuação. Ambos os fenômenos causam uma redução da energia ultrassônica e, consequentemente, a capacidade do instrumento de perceber o eco de retorno. Os ultrassons de alta frequência sofrem mais com os efeitos de dispersão do que as ondas de baixa frequência.   

Temperatura do material

A velocidade de propagação do som dentro de um material é inversamente proporcional à sua temperatura. Quando for necessário medir amostras com uma temperatura de superfície alta, até um máximo de 350 ° C, devem ser usadas sondas projetadas especificamente para medições de alta temperatura. Essas sondas particulares são construídas usando processos e materiais especiais, que permitem resistir ao estresse físico de altas temperaturas sem serem danificados.

Sonda / acoplamento de superfície

Outro parâmetro muito importante é o acoplamento entre a superfície sob teste e a ponta da sonda. Uma boa aderência entre as duas superfícies garante que o instrumento funcione da melhor maneira possível e forneça uma medição confiável e realista. Por esse motivo, é recomendável garantir, antes de cada medição, que a superfície e a sonda estejam livres de poeira, resíduos e sujeira.

Para garantir um excelente acoplamento e eliminar a fina camada de ar entre a sonda e a superfície, é necessário usar um líquido de acoplamento.

Tipo de sonda

Todos os transdutores que são comumente usados ​​com medidores de folga ultrassônicos incorporam um elemento de cerâmica ressonante e diferem na maneira como este tradutor é acoplado ao material em teste.

Transdutores de contato: os transdutores de contato são usados ​​em contato direto com a amostra. Uma "placa de desgaste" fina protege o elemento ativo de danos durante o uso normal. As medições do transdutor de contato são geralmente as mais simples de fazer e geralmente são a primeira opção para a maioria das aplicações de medição de espessura ou corrosão.

Transdutores DELAY LINE: Os transdutores de delay line incorporam um cilindro de plástico, geralmente de epóxi ou sílica fundida, usado como uma linha de retardo entre o elemento ativo e a peça de teste. Uma das principais razões para seu uso é para medições de materiais finos, onde é importante separar o pulso de excitação dos ecos de “parede posterior”. Além disso, uma linha de retardo pode ser usada como isolante térmico, protegendo o elemento transdutor sensível ao calor do contato direto com o material quente. Finalmente, as linhas de atraso podem ser moldadas para melhorar o acoplamento de ultrassom em espaços confinados.

Transdutores de imersão: os transdutores de imersão usam uma coluna ou banho-maria para acoplamento ao material. Eles podem ser usados ​​para medições online diretamente na linha de produção ou para medir produtos em movimento

Transdutores de elemento duplo: transdutores de elemento duplo, ou simplesmente "duplo", são usados ​​principalmente para medições feitas em superfícies ásperas ou corroídas. Eles incorporam transmissão e recepção separadas, com dois elementos montados em uma linha de atraso com um pequeno ângulo para concentrar a energia sonora a uma distância precisa abaixo da superfície de uma peça de teste. Embora as medições com transdutores duplos às vezes sejam menos precisas do que aquelas feitas com outros tipos de transdutores, elas geralmente oferecem desempenho significativamente melhor em aplicações de controle de corrosão e onde existem muitas irregularidades nas superfícies do material.

Limites dos medidores de espessura ultrassônicos

Uma das principais limitações dos medidores de espessura ultrassônicos está na incapacidade de medir materiais que não são compactos ou não são homogêneos.

A presença de micro-bolhas (como por exemplo em materiais expandidos ou em alguns tipos de fundições de ferro fundido) ou microdescontinuidades podem levar a uma atenuação significativa do eco de retorno e, portanto, à impossibilidade de determinar com precisão a medição Grosso. Em alguns casos, o eco de retorno nem mesmo está presente porque está completamente disperso nas "microcavidades" do material.

Além disso, a medição em materiais não homogêneos (laminados múltiplos, aglomerados betuminosos, resinas carregadas com fibras de vidro, concreto, madeira, granitos), embora apresente a possibilidade de determinar o tempo de trânsito do eco ultrassônico, não permite determinar a espessura do material de forma única devido à presença de múltiplos materiais que contribuem de diferentes maneiras para a propagação do eco.

Uso avançado de tecnologias de medição e análise por ultrassom

Alguns tipos de instrumentos de medição ultrassônica, em particular aqueles equipados com display gráfico, são capazes de realizar análises detalhadas da forma de onda do ultrassom recebido e, portanto, permitem maior controle dos parâmetros envolvidos na medição de espessura com ultrassom (amplificação , ganho, limiar).

Aqui estão os detalhes de algumas representações gráficas e numéricas dos dados obtidos por um instrumento com características avançadas de análise do ultrassom recebido.

A-SCAN - modo RF

O modo RF exibe a forma de onda de maneira semelhante a um osciloscópio. Exibe picos positivos e negativos. O pico (positivo e negativo) selecionado para a medição é mostrado na parte superior do visor. Esse é o modo preferido para a medição precisa de objetos finos usando um transdutor de lápis. É importante observar que a medição deve estar dentro da tela visível para poder ver a forma de onda. No entanto, mesmo que a forma de onda esteja fora da exibição visível, uma medição ainda pode ser feita e visualizada no modo digital. Se a onda estiver fora da tela, você poderá alterar a faixa manualmente, ajustando os valores de atraso e largura ou usar o recurso Localização automática localizado no menu UTIL.

A seguir, é apresentada uma lista dos recursos visíveis na tela: 

A) Estabilidade do indicador de leitura : indica a estabilidade do eco de retorno em uma escala de 1 a 6 - a barra mostrada na imagem acima indica o sinal de repetibilidade. Se o instrumento estiver exibindo uma leitura da memória, o indicador de repetibilidade será substituído pelo texto MEM

B) Indicador de nível de bateria : o símbolo da bateria totalmente colorida significa que a bateria está totalmente carregada. Nota: na imagem acima a bateria está a 50%

C) Leitura de espessura : leitura digital da espessura (em polegadas ou milímetros)

D) Indicador de detecção : a linha tracejada vertical exibe o ponto de detecção de cruzamento zero na forma de onda onde a medição foi obtida. Observe que a leitura de espessura digital é a mesma que a localização do indicador de direção de acordo com os valores F mostrados na imagem

E) Sinal de eco : Representação gráfica da forma de onda do eco desenhada no eixo Y com referência à amplitude e no eixo X com referência ao tempo.

F) Etiquetas de medição : As etiquetas de medição são calculadas com base no atraso definido (lado esquerdo da tela) e no parâmetro de largura definido (valor da largura para cada marca de referência)

G) Unidade de medida : Exibe a unidade de medida atual.

H) Menu Quente: Cada local exibido na forma de onda é chamado de "menu quente". Esses locais permitem uma visão rápida de todos os parâmetros significativos do instrumento.

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A-SCAN - Modo retificado

O modo A-Scan ajustado exibe meia forma de onda. Os picos positivo e negativo são exibidos com base na polaridade selecionada. Esta é a melhor exibição de exibição para aplicativos de detecção de erros. É importante observar que a medição deve estar dentro da tela visível para poder ver a forma de onda. No entanto, mesmo que a forma de onda esteja fora da exibição visível, uma medição ainda pode ser feita e visualizada no modo digital. Se a onda estiver fora da tela, você poderá alterar a faixa manualmente, ajustando os valores de atraso e largura ou usar o recurso Localização automática localizado no menu UTIL.

A seguir, é apresentada uma lista dos recursos visíveis na tela: 

A) Estabilidade do indicador de leitura: indica a estabilidade do eco de retorno em uma escala de 1 a 6 - a barra exibida na imagem acima indica a repetibilidade do sinal. Se o PVX estiver exibindo uma leitura da memória, o indicador de repetibilidade será substituído pelo texto MEM

B) Indicador de nível de bateria: o símbolo de bateria totalmente colorido significa que a bateria está totalmente carregada. Nota: na imagem acima a bateria está em 50%

C) Leitura da espessura: leitura digital da espessura (em polegadas ou milímetros)

D) Indicador de direção: a linha tracejada vertical exibe o ponto de detecção de cruzamento zero na forma de onda onde a medição foi obtida. Observe que a leitura de espessura digital é a mesma que a localização do indicador de direção de acordo com os valores F mostrados na imagem

E) Sinal de eco: Representação gráfica da forma de onda do eco desenhada no eixo Y com referência à amplitude e no eixo X com referência ao tempo.

F) Etiquetas de medição : As etiquetas de medição são calculadas com base no atraso definido (lado esquerdo da tela) e no parâmetro de largura definido (valor da largura para cada marca de referência)

G) Unidade de medida : Exibe a unidade de medida atual.

H) Menu Quente: Cada local exibido na forma de onda é chamado de "menu quente". Esses locais permitem uma visão rápida de todos os parâmetros significativos do instrumento.

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B-SCAN

O modo B-Scan exibe uma vista cruzada da seção do material a ser medido. Essa visualização é comumente usada para visualizar o contorno inferior ou cego da superfície do material. É muito semelhante ao localizador de peixes. Se um defeito for localizado durante uma digitalização, o B-Scan exibirá o defeito na tela. O retângulo (E) representa a seção transversal do material. Você notará que a espessura geral do material será de 500 "e a faixa de exibição de 0.00" a 1.00 ", respectivamente. As imagens são exibidas a uma taxa de 15 segundos por tela da direita para a esquerda - Observe também que no ponto J a espessura cai repentinamente.

É importante definir a faixa de medição no visor para que a espessura máxima do material possa ser vista. 

A seguir, é apresentada uma lista dos recursos visíveis na tela: 

A) Estabilidade do indicador de leitura : indica a estabilidade do eco de retorno em uma escala de 1 a 6 - a barra exibida na imagem acima indica a repetibilidade do sinal. Se o PVX estiver exibindo uma leitura da memória, o indicador de repetibilidade será substituído pelo texto MEM

B) Indicador de nível de bateria : o símbolo da bateria totalmente colorida significa que a bateria está totalmente carregada. Nota: na imagem acima a bateria está a 50%

C) Leitura de espessura : leitura digital da espessura (em polegadas ou milímetros)

D) Área de exibição B-SCAN: Esta é a área em que a digitalização B-scan é exibida

E) Gráfico B-scan : Área de exibição do gráfico de varredura B A varredura de varredura B é exibida da direita para a esquerda a uma taxa de 15 segundos por varredura.

F) Etiquetas de medição : As etiquetas de medição são calculadas com base no atraso definido (lado esquerdo da tela) e no parâmetro de largura definido (valor da largura para cada marca de referência)

G) Unidade de medida : Exibe a unidade de medida atual.

H) Menu Quente: Cada local exibido na forma de onda é chamado de "menu quente". Esses locais permitem uma visão rápida de todos os parâmetros significativos do instrumento.

 I) Barra de digitalização: A barra de varredura representa graficamente o valor da espessura medida e representada no gráfico de varredura B. É muito útil para encontrar defeitos com varreduras diretas no material.

J) Contorno: A visualização B-scan permite ver o perfil do material do lado oposto ao lado da medição.

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DÍGITOS

A tela DIGIT permite visualizar o valor atual da espessura usando caracteres grandes e facilmente visíveis. A barra de digitalização foi adicionada para permitir que o operador detecte defeitos e irregularidades durante as operações de digitalização.

Esta é a lista de recursos da exibição em função de dígitos.

A) Estabilidade do indicador de leitura : indica a estabilidade do eco de retorno em uma escala de 1 a 6 - a barra exibida na imagem acima indica a repetibilidade do sinal. Se o PVX estiver exibindo uma leitura da memória, o indicador de repetibilidade será substituído pelo texto MEM

B) Indicador de nível de bateria : o símbolo da bateria totalmente colorida significa que a bateria está totalmente carregada. Nota: na imagem acima a bateria está a 50%

C) Leitura de espessura : leitura digital da espessura (em polegadas ou milímetros)

D) DÍGITOS área de exibição: Esta é a área em que a espessura é exibida

F) Etiquetas de medição : As etiquetas de medição são calculadas com base no atraso definido (lado esquerdo da tela) e no parâmetro de largura definido (valor da largura para cada marca de referência)

G) Barra de digitalização : A barra de varredura corresponde diretamente ao valor da espessura. Esta tela é amplamente usada para digitalizar material com a função B-SCAN. É muito fácil observar a presença de defeitos usando a barra de varredura.
H) Menu Quente: Cada local exibido na forma de onda é chamado de "menu quente". Esses locais permitem uma visão rápida de todos os parâmetros significativos do instrumento.