Контроль толщины стенок объектов ответственного назначения является одним из важнейших этапов контроля технического состояния. К числу таких объектов относятся трубопроводы (нефти, газа, водоснабжения и т.п.), сосуды давления и емкости, используемые в металлургической, химической и других отраслях промышленности.
Признаком обнаружения неудовлетворительного технического состояния объектов является уменьшение толщины стенок ниже допустимого. При одностороннем доступе к поверхности изделия обнаружить уменьшение толщины и наличие внутренних несплошностей позволяет применение ультразвуковых толщиномеров. Очевидно, что основные технические требования к таким приборам должны обеспечивать высокую надежность и достоверность контроля.
Переход от аналоговых приборов к цифровым и сложившиеся экономические условия на российском рынке способствовали появлению толщиномеров нового поколения [1 -3]. Эти толщиномеры имеют дополнительные сервисные функции по сравнению с аналоговыми приборами. В большинстве из них предусмотрены: хранение и просмотр значений параметров рабочих настроек, результатов контроля, их вывод через порт RS 232 (или другой) на компьютер, жидкокристаллический индикатор.
Развитие технологии привело к появлению широкой номенклатуры композиционных материалов с неоднородной структурой (что приводит к рассеянию ультразвуковых волн) и скоростью распространения продольных волн в широком диапазоне - от 2000 до 14000 м/с. Для измерения толщин в подобных случаях требуются новый тип толщиномера.
Известные эхо-импульсные толщиномеры измеряют толщину при помощи излучения в изделие раздельно-совмещенным пьзопреобразователем (ПЭП) продольных волн и приема сигнала, отраженного от дна изделия. К сожалению, показания этих толщиномеров в большой степени зависят от качества акустического контакта и шероховатости поверхности объекта, а также требуют сложной процедуры настройки на материал контролируемого изделия.
|
Рис. 1. Временные диаграммы эхо-сигналов: I- зондирующий импульс; P - импульс от передней грани; 3 - первый донный импульс; 4 - второй донный импульс; 5 - импульс переотражения в призме ПЭП; 6 - уровень, по которому производится измерение временного интервала; tзад - время задержки в призме; tизм - измеряемый временной интервал |
Добиться поставленной задачи обычными методами практически невозможно. Действительно, как видно из рис. 1, где показана временная последовательность прихода сигналов на приемный преобразователь при измерении толщины эхо-методом, измеряемый временной интервал зависит от амплитуды донного сигнала, которая изменяется в зависимости от толщины измеряемого изделия, из-за расхождения и затухания упругих волн. Поэтому коэффициент усиления изменяют таким образом, чтобы скомпенсировать изменение амплитуды. Кроме этого, амплитуда принимаемого сигнала зависит от шероховатости поверхности изделия, контактного слоя и силы прижима преобразователя к поверхности, что определяет качество акустического контакта.
В связи с этим стояла задача разработки толщиномера, предусматривающего автоматическую процедуру настройки преобразователя на материал с автоматическим учетом расхождения и затухания продольных волн в контролируемом материале, и независящего от качества акустического контакта с коррекцией измерений на больших толщинах.
Для создания новых приборов в целях повышения точности и достоверности измерения необходимы как новые аппаратные решения, включающие в себя новую элементную базу и алгоритмы обработки сигналов, так и новые методы измерения.
Толщиномер «Взлет УТ» (рис. 2) производит измерение временного интервала не по фиксированному уровню, а по уровню, отсчитываемому от максимальной амплитуды измеряемого сигнала.
При такой системе измерений прибор практически не нуждается в настройке ВРЧ. Для селекции сигнала по глубине и для работы по шероховатой поверхности прибор снабжен регулируемой кривой маскирования (аналог кривой ВРЧ, отличающейся тем, что коэффициент усиления не изменяется со временем, а изменяется диапазон измеряемых сигналов), позволяющей выделять нужный сигнал.
Настройка устройства на используемый ПЭП производится на встроенном эталонном образце с известными скоростью распространения продольных волн и толщиной. При этом в устройстве управления и вычисления сохраняются все параметры настроек (100 настроек). В приборе предусмотрена возможность настройки на датчики различных фирм-изготовителей в диапазоне частот от 2,5 до 10 МГц.
Тем самым исключается зависимость влияния амплитуды сигнала на измерение временного интервала, что дает следующие преимущества:
- независимость результатов измерений от качества акустического контакта;
- автоматический учет изменения амплитуды сигнала, связанного с затуханием продольных волн в объекте контроля (отсутствует необходимость в наборе образцов для настройки на материал изделия);
- параметры преобразователя автоматически определяются непосредственно самим прибором.
| Рис. 2. Толщиномер "ВЗЛЕТ-УТ" |
|
Указанные схемотехнические и методические решения позволили добиться достаточно высокой точности измерения, которая была подтверждена в процессе Государственных испытаний прибора. Каждый выпускаемый прибор проходит поверку метрологических характеристик. Пределы допускаемого значения основной погрешности толщиномера при измерении толщины в диапазоне 1 * 300 мм составляют ± (0,035 + 0,001 /7) мм, где h - измеряемая толщина в мм, а при измерении скорости распространения продольных волн в диапазоне от 500 до 15000 м/с толщин 20 ч 300 мм - ± 0,5 %. При этом контроль может выполняться без замены входящего в комплект поставки ПЭП во всем диапазоне указанных толщин.
В настоящее время толщиномер «ВЗЛЕТ УТ» успешно эксплуатируется рядом предприятий Москвы, Санкт-Петербурга, Череповца, Уфы и Хабаровска, среди которых «Нефтестройсервис» и фирма «Искатель-2» (Москва); «Ижорские заводы» и ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева; ОАО «Северсталь», ОАО «Аммофос», «Черметэкология» и «Энергомет» (Череповец), «Татнефтеснаб» (Богульма), Центр энергосбережения (Барнаул), Центр стандартизации, метрологии и сертификации (Архангельск), «Транснефте-маш» (Великие Луки), «Водоканал» (Иваново), «Масложир-комбинат» (Иркутск), «Клайпедус Вандуо» (Клайпеда), Водоканал (Магнитогорск), «Теплосеть» (Уфа) «Дальэнерго-сбережение» (Хабаровск).
