超声测厚仪的零点校准与温度变化对测量值的影响

　　为了更好地应用超声测厚仪,将对与测量准确性密切相关的超声测厚仪“校零”关键点加以论述,介绍了几种常用的“校零”的方法,以及温度对“零点”的影响。并指出各个方法的优缺点。

　　1　脉冲反射法超声测厚仪的测量原理

　　超声波厚度测量方法繁多,在实际应用中,反射法应用得最为广泛。简单来说脉冲反射法是测量超声波在被测物中传播一个往返所需的时间,通过换算和适当的校正,得出被测物的厚度值。图1是脉冲反射法的测量原理示意图,图中T———始波或发射脉冲,由发射晶片产生,经延迟块入射工件;S———界面回波,为入射声波在探头延迟块与工件表面的界面产生的反射。该信号返回被发射晶片接收到;B1———一次底波,由工件背面反射,经延迟块后被接收晶片接收到;B2———二次底波,由工件背面反射,经延迟块后被接收晶片接收到。还会有第三彭雪莲:超声测厚仪的零点校准与温度变化对测量值的影响次、第四次底波等,直到声能衰减。

　　如图1所示,从发射声波T起至收到界面波S的这段时间为超声波在探头延迟块中传播一个往返所用的时间,记为tTS。超声波在工件中传播一个往返所用的时间记为tSB1,或tB1B2。测出超声波在工件中传播一个往返所用的时间,由以下公式求得工件厚度:

　　进而用式(1)求出被测工件的真实厚度。

　　(3)利用已知声速已知厚度试块,将该试块声时tSB1预先存储在仪器中,通过测量该试块获得声时tTB1,计算出声时tTS:

　　tTS= tTB1-tSB1               (4)

　　并保存下来,后面测量中用式(2)和式(1)求出被测(4)与前两种方法不同,本方法无须测量声时tTS,而是利用S和B1信号直接得到声时tSB1,进而用式(1)求得被测工件的厚度(又称为自动校零)。

　　(5)与前4种方法都不同,该方法是测量两次底波之间的声时tB1B2,进而用式(1)求得被测工件的厚度(又称为回波-回波测量方式)。

　　以上5种方法中,方法1至方法3都涉及到延迟块的声时tTS。制作延迟块的材料多为有机玻璃、聚砜、聚酰亚胺等塑料材料。这些材料的声速会随着温度的变化而变化,进而会影响厚度测量的准确性。实践表明,这些材料的温度系数如表1。

　　以下将详细介绍温度变化对测量值的影响。

　　3　温度变化对测量值的影响

　　表2为不同延迟块材料的“延迟时间(t)-温度(T)”试验数据表。图2是这几种材料的“延迟时间-温度”关系曲线图。

　　对试验数据作线性拟合,得到3种材料“T-t”方程:

　　有机玻璃: t =0.015 4T+9.650 3