Cách tính độ dày vật liệu với Máy đo độ dày siêu âm

1. Ứng dụng:

Hầu như bất cứ vật liệu kỹ thuật thông thường nào đều có thể đo độ dày bằng Máy đo độ dày siêu âm như: kim loại, nhựa, vật liệu tổng hợp, sợi thuỷ tinh, gốm, và thuỷ tinh. Có thể đo chiều dày các sản phẩm nhựa đùn hoặc kim loại cán trên dây truyền và cũng có thể đo từng lớp hoặc lớp vỏ trong cấu trúc nhiều lớp. Mực chất lỏng và các mẫu sinh vật học cũng có thể đo. Đo bằng siêu âm luôn hoàn toàn là không phá huỷ, không cần cắt hoặc phân đoạn.

Vật liệu không thích hợp để đo bằng siêu âm thông thường là gỗ, giấy, bê tông, và sản phẩm bọt.

2. Nguyên lý hoạt động

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 chiều dày siêu âm 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.

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

Đo độ dày vật liệu với Máy đo độ dày siêu âm

Các vật liệu khác nhau truyền sóng âm với vận tốc khác nhau, nói chung là nhanh hơn trong các vật liệu cứng và chậm hơn trong vật liệu mềm hơn, và vận tốc âm có thể thay đổi đáng kể với nhiệt độ. Do vậy luôn luôn phải chuẩn Máy đo độ dày vật liệu với vận tốc âm trong vật liệu cần đo, và độ chính xác chỉ có thể đạt tới như phép chuẩn đó.

Sóng âm trong dải MHz không truyền hiệu quả trong không khí, nên chất tiếp âm được sử dụng giữa đầu dò và chi tiết kiểm tra để đạt được sự truyền âm tốt. Các chất tiếp âm thông dụng là glycerin, propylene glycol, nước, dầu, và gel. Chỉ cần một lượng tiếp âm nhỏ, đủ để điền đầy khe hở không khí có thể tồn tại giữa đầu dò và bề mặt chi tiết.

Có ba cách thông dụng để đo khoảng thời gian sóng âm truyền qua chi tiết:

Cách 1: là phương pháp thông dụng nhất, đo đơn giản khoảng thời gian giữa xung kích hoạt để phát sóng âm và xung phản xạ thứ nhất và trừ đi giá trị lệch 0 bù cho phần trễ của bản thân thiết bị, dây cáp, và đầu dò.

Cách 2: yêu cầu đo khoảng thời gian giữa xung phản xạ từ mặt trước và mặt đáy của chi tiết.

Cách 3: yêu cầu đo khoảng thời gian giữa hai xung đáy liên tiếp. Dạng đầu dò và yêu cầu cụ thể của ứng dụng thường sẽ đưa ra sự lựa chọn cách đo