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Como funcionam os medidores de espessura ultrassônicos?
Se você deseja aprender o básico sobre medidores de espessura ultrassônicos ou está procurando uma compreensão mais aprofundada desses dispositivos, este guia explora seus aspectos técnicos, modos de medição e considerações principais. Medidores de espessura ultrassônicos podem ser usados para medir uma variedade de materiais, portanto, ter um melhor entendimento de como eles operam pode ajudá-lo a realizar testes mais precisos e eficientes.
Como os medidores ultrassônicos medem a espessura?
Os medidores ultrassônicos usam a física das ondas sonoras para medir a espessura de uma peça de teste. Eles fazem isso analisando o padrão de como as vibrações mecânicas organizadas viajam através de metais, plásticos e outros materiais industriais e cronometrando quanto tempo leva para transmitir um pulso de som através da peça de teste até que ele ricocheteie em uma superfície interna ou em uma parede oposta. Normalmente, quanto maior é o tempo, mais espesso é o material. Esses dispositivos ultrassônicos usam frequências de energia sonora muito mais altas do que aquelas que podem ser ouvidas pelo ouvido humano. O som audível geralmente ocorre em torno de 20 KHz, mas medidores de espessura ultrassônicos podem operar em até 500 KHz ou mais.
Os transdutores que transmitem os pulsos de som contêm elementos piezoelétricos, excitados por impulsos elétricos curtos. Isso gera ondas sonoras ultrassônicas que passam pela peça de teste e refletem de volta para o transdutor. Assim que o pulso sonoro volta, ele é convertido em energia sonora. O medidor usa essa energia sonora para calcular a espessura com base na seguinte equação:
T = (V) × (t/2)
T = a espessura da peça
V = a velocidade do som no material de teste
t = o tempo de trânsito de ida e volta medido
Modos de medição
Transdutores de elemento único: Modo 1, Modo 2 e Modo 3
Depois que um pulso de som é gerado e os ecos são recebidos, a temporização pode ser executada de algumas maneiras. Três métodos comuns para medir o intervalo de tempo que representa a viagem da onda sonora através da peça de teste ao usar contato comum, linha de atraso e transdutores de imersão são Modo 1, Modo 2 e Modo 3. O tipo de transdutor e os requisitos de aplicação geralmente determinam qual modo você deve escolher.
O Modo 1 é a abordagem mais comum. Ele mede o intervalo de tempo entre o pulso de excitação que gera a onda sonora e o primeiro eco de retorno e, em seguida, subtrai um pequeno valor de deslocamento de zero que compensa os atrasos da placa de desgaste do instrumento, cabo e transdutor fixos.
O Modo 1 é o modo de medição normal ao testar com transdutores de contato. Sua principal vantagem é que normalmente oferece a maior capacidade de espessura máxima. Dado que apenas um único eco de parede posterior é necessário, ele também tem melhor capacidade de penetração em materiais desafiadores, como fundidos, plásticos de baixa densidade e borracha. As desvantagens do Modo 1 são que a espessura mínima mensurável será maior do que em outros modos e a precisão pode ser ligeiramente menor devido às variações de acoplamento. Além disso, os transdutores de contato associados ao Modo 1 podem ser usados apenas em materiais com temperatura de superfície abaixo de 50 °C ou 125 °F, portanto, a medição em alta temperatura é impossível.
O Modo 2 envolve a medição do intervalo de tempo entre um eco de interface retornado da superfície próxima da peça de teste e o primeiro eco da parede traseira, o que representa uma viagem de ida e volta na peça de teste. Este modo normalmente requer linha de atraso ou transdutores de imersão.
O Modo 2 costuma ser usado para:
- Otimizar a resolução próxima à superfície em plásticos e compósitos
- Realizar medições de alta temperatura com transdutores de linha de atraso de alta temperatura
- Fazer medições em raios precisos usando transdutores de imersão focados e transdutores de linha de atraso focados ou radiais
- Realizar medição em linha de material em movimento usando transdutores de imersão
A principal desvantagem da medição do Modo 2 é que a espessura máxima é limitada pelo comprimento da linha de atraso.
O Modo 3 envolve a medição do intervalo de tempo entre dois ecos sucessivos da parede posterior, representando uma viagem de ida e volta na peça de teste usando linha de atraso ou transdutores de imersão.
O Modo 3 normalmente oferece a maior precisão de medição e a melhor resolução de espessura mínima, embora a espessura máxima seja limitada. Este modo requer dois ou mais ecos múltiplos limpos da parede posterior, o que normalmente limita seu uso a materiais de atenuação relativamente baixa e alta impedância acústica, como metais de granulação fina, cerâmica e vidro. As medições podem ser feitas em altas temperaturas com linhas de atraso de alta temperatura apropriadas. O Modo 3 também oferece a vantagem de remover revestimentos não metálicos finos como tinta da medição de espessura de metais revestidos.
Transdutores de elemento duplo
Os transdutores de elemento duplo incorporam elementos de transmissão e recepção separados montados em linhas de atraso que servem como guias de onda para direcionar o feixe de som em um trajeto em forma de V e como isoladores térmicos para proteger o elemento ativo durante medições de alta temperatura. A temporização do eco é frequentemente realizada no Modo 1 com um grande deslocamento de zero para subtrair o tempo de trânsito do pulso através das linhas de atraso, bem como uma correção trigonométrica para compensar o trajeto do som em forma de V no material de teste.
Considerações sobre medição de medidor de espessura ultrassônica
Ao medir com medidores de espessura ultrassônicos, você deve considerar muitas influências externas para garantir precisão e segurança. Para obter mais informações, vá para as páginas a seguir para aprender sobre os fatores que afetam os testes ultrassônicos e as condições de inspeção:
