Ультразвуковой толщиномер Советский патент 1992 года по МПК G01B17/02 

1

(21)4818373/28

(22) 20.03.90

(46) 23.09.92. Бюл. № 35

(71)Управление приволжскими магистральными нефтепроводами и Научно-технический центр научно-технического творчества молодежи Магистраль

(72)Г.Ф.Меледин, А.П.Алексеев, В.В.Бобров, Н.А.Бухарев, Л.И.Егунов, Ю.И.Скоморохов и В.А.Химикус

(56) Бронников В.К., Тарасов Ю.И. Использование ультразвукового толщинометра, Кварц-6, Дефектоскопия, 1973, № 3.

Королев М,В. Эхо-импульсные толщи- нометры. - М.: Машиностроение, 1980, 112 с.

Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник под ред. В.Б.Клюсева. Кн. I .- М.: Машиностроение, 1976, 391 с.

Авторское свидетельство СССР №522407, кл. G 01 В 17/02.

(54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ТОЛЩИНОМЕР (57) Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для автоматического контроля толщины стенок трубопровода. Цель изобретения - повышение точности достигается тем, что на объект контроля наносится контактная жидкость и устанавливается блок преобразователей, состоящий из пье- зопреобразователя и накладного вихрето- кового преобразователя, а 1-й измерительный канал толщиномера выполнен в виде последовательно соединенных приемно-передающего устройства и блока измерения временных интервалов, 2-й измерительный канал выполнен в виде последовательно соединенных автогенератора, в колебательный контур которого включен накладной преобразователь, и преобразователя частота-код, вход которого соединен с выходом приемно-передающего устройства. 1 с.п.ф-лы, 1 ил.

сл

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для автоматизированного контроля толщины стенок трубопроводов.

Известен толщиномер Кварц-6, состоящий из синхронизатора, генератора, раздельно-совмещенного пьезопреобразователя, усилителя, триггера, стробирующего устройства, ключа формирователя, микроамперметра и схемы компенсации. Толщиномер работает следующим образом.

Снхронизатор запускает генератор, который возбуждает излучающий пьезоэле- мент. Преобразователь создает

ультразвуковые колебания, которые через слой контактной жидкости вводятся в изделие. Распространяясь в изделии,ультразвуковые колебания отражаются от его внутренней поверхности и попадают на приемный пьезоэлемент, где преобразуются в электрические колебания, поступающие на вход усилителя, В момент запуска генератора синхронизатор устанавливает триггер в исходное состояние. Сигнал с выхода усилителя переводит триггер в другое устойчивое состояние. На выходе триггера формируется прямоугольный импульс, длительность которого равна интервалу време-ч о

OJ 00 iCO

N

ни прохождения ультразвукового (УЗ) импульса от излучающего пьезоэлемента через измеряемое изделие до приемного пьезоэлемента. Изменение толщины измеряемого изделия приводит к изменению длительности импульса на выходе триггера. Стробирующее устройство запускаемое синхронизатором, предотвращает опадение наводок на вход усилителя. Триггер уп- равляет ключом-формирователем, пропускающим ток через микроамперметр во время действия импульса. Микроампер- метр.включен между ключом-формирователем и схемой компенсации таким образом, что постоянная составляющая тока схемы компенсации, протекающего через микроамперметр, компенсирует ту часть постоянной составляющей тока ключа-формирователя, которая определяется временем прохождения УЗ импульсов по обеим призмам пье- зопреобразователя и слою контактной жидкости.

Однако полной компенсации толщины слоя контактной жидкости не происходит, что является недостатком аналога.

Известен также ультразвуковой толщиномер.

Устройство состоит из пьезопреобразо- вателя, подключенного к приемно-передаю- щему устройству, и блока измерения временных интервалов, первый и второй входы которого подключены соответственно к первому и второму входу приемно-пе- редающего устройства. Устройство работает следующим образом.

Приемно-передающее устройство, состоящее из генератора импульсов, возбуждающих преобразователь, и усилителя, усиливающего эхо-импульсы, несущие информацию о толщине измеряемого объекта, вырабатывает на одном из своих выходов импульсы начала отсчета временного интервала, на другом - импульсы конца отсчета. Эти импульсы поступают в блок измерения временных интервалов, где про- исходит измерение интервала времени между импульсами.

Недостатком является то, что при измерении изделия малой толщины необходимо измерять интервал времени между зонди- рующим и первым эхо-импульсом, при этом, следует устранить влияние толщины контактной жидкости на погрешность измерения.

Наиболее близким является ультразвуковой толщиномер, содержащий модуля- тор, последовательно соединенные ультразвуковой датчик, генератор качающей частоты и измерительный канал и индикатор, а также последовательно соединенные индуктивный датчик, выполненный в виде плоской спирали, расположенной на рабочей поверхности ультразвукового датчика, вторые генератор качающей частоты и измерительный канал и мостовой сумматор, входы которого соединены с выходами обоих измерительных каналов, выход с индикатором, а модулятор соединен с входами генератора качающей частоты.

Наличие мостового сумматора приводит к возникновению ошибок, так как этот узел позволяет скомпенсировать лишь линейные зависимости.

Целью изобретения является повышение точности измерения толщины изделий.

Для достижения поставленной цели в ультразвуковом толщиномере, содержащем последовательно соединенные пьезопреоб- разователь, первый измерительный канал, блок обработки сигналов и индикатор, последовательно соединенные накладной преобразователь соосно закрепленный на пьезопреобразователе, рабочие поверхности которых находятся в одной плоскости, второй измерительный канал, соединенный со вторым входом блока обработки сигналов, первый измерительный канал выполнен в виде последовательно соединенных приемно-передающего устройства и блока измерения временных интервалов, второй измерительный канал выполнен в виде последовательно соединенных автогенератора, в колебательный контур которого включен накладной преобразователь, и преобразователя частота-код, вход которого соединен с выходом приемно-передающего устройства.

На чертеже представлена функциональная схема ультразвукового толщиномера.

Устройство состоит из пьезопреобразо- вателя 1, приемно-передающего устройства 2, блока временных интервалов 3, ЭВМ 4, содержащем устройство 5 вывода информации, устройства 6 ввода информации, вихре- токового преобразователя 7, блока обработки сигналов, состоящего из автогенератора 9, преобразователя 10 частота- код. Цифрой 11 обозначен объект контроля (ОК), цифрой 12 - контактная жидкость.

Пьезоэлектрический преобразователь 1 подключен к приемно-передающему устройству 2, два выхода которого соединены с двумя входами блока 3 измерения временных интервалов. Вихретоковый преобразователь 7 подключен к блоку 8 обработки сигналов, второй вход которого соединен с первым выходом приемно-передающего устройства 2. Выход блока 3 измерения временных интервалов соединен с первым входом ЭВМ, второй вход которой соединен с выходом блока 8 обработки сигналов. Вихретоковый преобразователь 7 и пьезопре- образодатель 2 представляют собой единую конструкцию, причем рабочие поверхности преобразователей расположены в одной плоскости.

Пьезопреобразователь 1 и приемно-пе- редающее устройство 2 служат для возбуж- дения ультразвуковых колебаний в ОК 11 и приема эхо-импульса, отраженного от дна изделия. Блок 3 измерения временных ин- тервалов предназначен для измерения времени от момента формирования зондирующего импульса до момента прихода эхо-импульса. Вихретоковый преобразователь 7 совместно с блоком 8 обработки сигналов служит для измерения толщины слоя контактной жидкости 12, ЭВМ 4 обрабатывает информацию, поступающую из блока 3 измерения временных интервалов, блока 8 обработки сигналов и устройства 6 ввода информации в соответствии с записанной в нее программой.

Устройство работает следующим образом.

На объект контроля наносится контакт- ная жидкость (глицерин, трансформаторное масло, вода и т.п.). На подготовленный таким образом участок контроля устанавливается блок преобразователей, состоящий из пьезопреобразователя 1 и накладного вих- ретокового преобразователя 7. По сигналу приемно-передающего устройства (генератора зондирующего импульса) 2 происходит возбуждение пьезопреобразователя 1, который излучает через слой контактной жид- кости в контролируемое изделие продольную ультразвуковую волну. В момент формирования зондирующего импульса в блоке измерения временных интервалов 3 начинается отсчет временного интервала. Завершается отсчет в момент поступления данного эхо-сигнала в прием- но-передающее устройство 2, который управляет работой блока измерения временных интервалов 3. С помощью ВТП 7 и блока 8 обработки сигналов производятся измерения расстояния от пьезопреобразователя 1 до внешней поверхности электропроводящего контролируемого изделия. Это расстояние равно толщине слоя контак- тной жидкости. Измеренные интервал времени и толщина контактной жидкости

Т2

(зазор), преобразованные в блоках 3 и 8 в двоичный код, вводят в ЭВМ, В клавиатуры ЭВМ в ОЗУ машины вводятся значения скоростей ультразвуковых колебаний в материале измеряемого объекта и в контактной жидкости. По введенным и измеренным значениям в ЭВМ производится вычисление толщины контролируемого изделия с исключением влияния на результат измерения составляющей погрешности, обусловленной толщиной контактной жидкости. ЭВМ вычисляет толщину изделия в соответствии с выражением: t С2 ti С2

где t - интервал времени между зондирующими и первым донным эхо-импульсом; ц - толщина слоя контактной жидкости, измеренная вихретоковым каналом толщиномера; Ci - скорость ультразвуковых колебаний в контактной жидкости; С2 скорость ультразвуковых колебаний в измеряемом изделии.

Обработка сигналов производится с помощью ЭВМ, которая в состоянии оперировать как с линейными, так и нелинейными зависимостями.

Формула изобретения Ультразвуковой толщиномер, содержащий последовательно соединенные пьезоп- реобразователь, первый измерительный канал, блок обработки сигналов и индикатор, последовательно соединенные накладной преобразователь, соосно закрепленный на пьезопреобразователе, рабочие поверхности которых находятся в одной плоскости, второй измерительный канал, соединенный со вторым входом блока обработки сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, первый измерительный канал выполнен в виде последовательно соединенных приемопередающего устройства и блока измерения временных интервалов, второй измерительный канал выполнен в виде последовательно соединенных автогенератора, в колебательный контур которого включен накладной преобразователь, и преобразователя частота - код, вход которого соединен с выходом приемопередающего устройства.