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超声波测厚仪的零点校准与温度变化对测量值的影响
点击次数:417 发布时间:2017-03-16

5 种零点校准方法优缺点的对比

 

(1)  如上所述 ,制作延迟块的材料其声速随温

 

度升高而降低 , 以有机玻璃为例 , 每 10  约变化

 

35 m/ s 。以一个厚度 12  mm 的延迟块为例 , 26

 

,声速 C = 237 9 m/ s ;36  ,声速 C = 2 351 m/ s ;

 

声速变慢了 ,即传播时间增长了 ,如表 2 所示:

该时间误差折合成钢的厚度为:

 

 

 

δ=

t

×C

 

 

 

2

 

δ=

0 . 122 μs

×5 。 9  ( mm/μs)  = 0 。 36 mm

 

2

 

 

 

 

据此可见 ,采用校准方法(13) 校零仪器 ,如果不重新校准测量结果就会增大。采用方法( 4 ,5) 校

 

准仪器 ,从测量方法上避免了这种影响带入仪器的误差。因此 ,采用校准方法(13) 校零的仪器 ,首先应选用对温度变化不敏感的探头;其次为了保持测量精

 

度应经常校准仪器。但是 ,在高温测量时 ,即便频繁校准仪器也很难消除误差。因为温度变化太快了。

 

方法 4 ,5 利用 S 和 B1 信号或 B1 和 B2 信号直接得到 tSB1 (tB1B2 ) 与 tTS 无关 ,可以很好的去除了温度变化对延迟时间的影响。因此 ,特别适合于温

 

度变化大的场合 ,如高温测量。

 

(2)  从理论上讲 ,双晶探头两个延迟块的声波

 

传播时间应当是相同的。但在实际制作过程中两个延迟块的几何尺寸或声时很难做到一致。这样一

 

,用方法 1 校准时 ,由于是通过获取探头发射单侧的延迟时间来进行的 ,探头两边不具有互换性。必

 

须指定一边为发射 ,另一边为接收 ,以避免两边延迟时间不一致带来测量误差。方法 2 分别获取收、发两个延迟块的延迟时间用于校准 ,因此探头两边可

以互换(忽略晶片的差异) 。

 

(3) 方法 3 与方法 1 ,2 不同 ,方法 3 获取的传播时间 tSB1 中包含了发射、接收两个延迟块的延迟时间。因此 ,无论怎样调换总的延迟时间都是相同

 

的。即:采用方法 3 校零的仪器 ,可以不考虑探头延迟块不一致的问题 ,在多数情况下探头两端可以互

 

(忽略晶片的差异) 。但是 ,方法 3 不能去除温度及探头磨损的影响 ,为了保持测量精度应当经常校准仪器。

 

(4) 方法 4 优于方法 1 ,2 和方法 3 。它用界面信号 S 控制厚度方波的起始。界面信号 S 始终跟随着延迟块的变化 ,无论环境温度变化或探头磨损。

 

这就使得厚度方波的起始对应着真正的“零点”,

 

不需要进行任何“校零”操作。

 

超声测厚仪的零点校准 ,是保证测量准确性的重要的技术环节之一。如前所述 ,在测量工件厚度

 

的场合常使用带延迟块的探头 ,由于延迟块的介入 ,

 

使超声波传播的声时增加 ,而且延迟块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。设计超声测厚仪时要设计减除这多加的声

 

时的电路 ,使zui终结果为被测物的真实厚度。采用不同的技术路线来实现这个功能 ,会导致在不同的环境温度、不同的耦合状况、测量对象为不同材料等,各种各样的应用环境下 ,产生不同的效果。笔者认为零点校准方法 4 和 5 可以有效地去除延迟块的各种影响 ,对保证测量准确性有很大的帮助。

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