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              當前位置:首頁  >  技術文章  >  超聲波測厚儀高溫測厚的難點

              超聲波測厚儀高溫測厚的難點

              發布時間:2015-01-07      點擊次數:2298

              超聲波測厚儀高溫測厚的難點及應用場合

                 ○石化,煉化,化工,制藥等行業的塔,罐體,管道.
                 ○在役運行時,這些容器管道內的介質(無論液態還是汽態)處于高溫狀態,傳導到金屬外壁,溫度仍有幾百攝氏度.
                 ○高溫加劇腐蝕,同時介質的流動是靠壓力驅動——因此,這些容器管道壁厚減薄的程度必須予以監控,尤其是管道的彎道部位以及三通等閥體的彎頭部位.

              超聲測厚的原理

                 ○原理:
                 備注:t0點是發射的起始時間點(始脈沖),t1點是*次底面反射回波被接收到的時間點。兩者的時間差乘以聲速,再除以2,就是超聲波在工件一個單程傳遞的路程,即厚度值。
                 ○要點:
                 1,由于超聲波在空氣中難以傳播,因此探頭與被測面之間必須涂抹耦合劑、“擠掉"空氣間隙,使超聲波有效地傳播進入被測件內部,并獲得底面(即,內壁)的反射號;
                 2,該反射信號必須足夠穩定、明確、清晰,儀器才能辨識并進行計算,從而顯示厚度值。

              高溫狀態下的影響因素

                 (1)關于耦合劑
                 ○高溫時,耦合劑中的水分瞬間蒸發,于是,失去“擠掉"空氣間隙的效果。因此,儀器只能“看到"一閃即逝的反射信號、往往來不及辨識計算。
                 ○為了保護探頭底面不被“燙傷",所謂的超高溫耦合劑往往摻雜一些礦物顆粒,以確保探頭底面不會直接接觸到高溫的被測面,但這也導致礦物顆粒在高溫下(耦合劑水分被瞬間蒸發后)容易碳化并粘連到探頭底面,反而影響測量(相當于探頭底面有了“麻點")。
                 (2)關于探頭
                 ○探頭內置“晶振片",靠它產生和接收超聲信號。晶振片有一個物理參量,“居里溫度點Tc",這代表在該溫度值以下,晶振片產生的超聲波,其聲阻抗比較適當、也即傳播的難易程度適當。不同材質的晶振片,其Tc值不同。
                 ○現有的晶振片材質中,Tc值能達到500℃的,其另外一個參量,“機械品質因子θm"卻非常高,達 10的6次方,導致無法獲得有效的信號分辨力——超聲測厚儀使用的晶振片,其θm都在1000以下,否則厚度的起測點就得在500mm以上。因此,現有的所謂“高溫"探頭,都無法在zui本質的晶振片上獲得突破,目前所解決,都只不過是對探頭本身的保護,比如,探頭底面的保護膜不容易被“燙壞"、外殼加裝保護套,等等?!紱]有辦法解決超聲信號在高溫介質中的有效傳播(發射與接收)的問題。
                 (3)關于被測面的狀況
                 ○當探頭置放在被測面表面,超聲波以垂直于該接觸點切線的方向傳播,到底面(內壁),同樣以垂直切線的方向原路反射——這個效果是的(仍參見原理圖)。這個效果,在平面測量、以及大直徑的筒、管、罐測量中,比較容易實現。
                 ○但是對于彎道和彎頭部位(尤其是90℃外凸的那個點),很顯然,往往難以擺正探頭位置。
                 ○另外,現場環境下,被測表面的油漬、漆面(尤其是鼓包),都會對測量帶來影響。
                 (4)關于被測物體的材質
                 ○任何情況下,超聲波的傳遞,都要受到被測物體材質的影響,從而帶來散射效果、聲速的變化。只不過,在大多數情況下,這些影響帶來的干擾不大、引起的細微誤差都在可忽略的范圍內。
                 ○但是,由于要耐受高溫高壓腐蝕,有些部件,其材質所帶來的影響不能被忽略。比如,我們曾經遇到過,高標號的不銹鋼閥門,信號的散射衰減極其嚴重。
                 (5)關于儀器——通常的問題
                 ○通常的超聲波測厚儀,都是讀數型的——在“看到"一個穩定、明確、清晰的反射信號后,“盯著"它,進行計算,zui終顯示出來的,只是一個計算的結果。
                 ○在高溫狀態下,由于前述幾個因素,導致反射信號達不到“穩定、明確、清晰"的程度,儀器無法“看到"信號、或者無法“盯著"它、或者“看花眼"了,于是出現“無讀值"、“讀值錯誤"等現象
                 (6)關于儀器——初級解決辦法
                 ○原來的儀器,它的“眼睛"只能“撲閃撲閃"每秒鐘“看"四次信號,現在,我們讓它快點“撲閃",每秒鐘“看"20次信號,——這叫掃查功能;
                 ○信號太弱,“看"不到。那就把信號增強,——這叫增益調節功能;
                 ○由于信號出現很短暫,儀器剛讀完這個信號,他就消失了,儀器不敢確定。那就讓它把讀到信號先顯示出來——這叫“讀值保持";
                 ○以上,就是中科普銳超聲波測厚儀在應對高溫測厚時的辦法,同時也目前是各款同檔儀器的解決辦法。
                 (7)關于儀器——解決辦法
                 ○前面提到,測量能實現,本質上就是“看"信號。讀數型儀器,可能會“看"不到、“看"不清、“看"花了(其實可能有信號閃現)。
                 ○那么,我們讓儀器把它所能捕捉的信號都顯示出來,不讓它自己判斷、改由操作者來判斷——這就是A掃描測厚儀。
                 ○A掃測厚儀帶來的改進:zui本質的,就是信號可以由操作者自己觀察,不用擔心讀數型儀器錯過、漏過信號。在功能上,除了同樣具備掃查、讀值功能外,增益可以數字調節而不是分檔調節(這樣更),另外,增加了雜波屏蔽功能,可以讓儀器讀取的信號。中科普銳超聲波測厚儀就是這樣的儀器。

              實測中的要點

                 ○選擇合適的耦合劑。測量前,耦合劑應涂抹在探頭底面,然后迅速對被測位置進行“點測",一接觸上,馬上移開探頭(不要因為沒出現信號或者讀值,就使勁按壓,這樣沒有用,這時耦合劑早已干結)。移開探頭后,馬上用棉紗布將被測點和探頭底面擦凈,避免耦合劑被測面和探頭底面形成結垢、影響下一次的耦合。
                 ○對于彎道和彎頭部位,應在90℃外凸處和側面各測一次,以供驗證。
                 ○通過多次的現場實測,目前,各種儀器(包括進口的)、各種探頭(即便是標稱到500℃的探頭),在350℃以上的表面(用紅外測溫儀測量),都難以實現有效測量。

              市場現狀

                 ○用戶不是超聲測量的專業人士(不一定會去研究原理技術、晶振片材質),因此,出于對進口品牌的信賴(某種程度上是迷信),看到標稱500℃的探頭就認為真能測量;
                 ○用戶購買了這樣的探頭,即便不能測量,也不會再說什么,因為,在他看來,他已經盡力了、已經買了的儀器(進口的)、用了的探頭。
                 ○以上兩點,掩蓋了這樣一個事實:“標稱500℃的探頭并不能真的測量500℃的高溫表面、并沒有真正改善高溫狀態下超聲傳播特性"。于是,“后來者"繼續去尋找“進口500 ℃高溫探頭",這就是市場現狀。
                 ○我們建議:“眼見為實",在購買之前,現場實證。拿紅外測溫儀測量一下表面溫度,就在那個500 ℃的位置進行測厚,看看效果究竟如何。

              總結

                 ○耦合效果很重要。高溫下,耦合劑中水分的瞬間蒸發,造成耦合劑干結、碳化,使“耦合"失效。
                 ○高溫探頭并沒有從原理上解決超聲波在高溫下傳播的問題,只解決了對探頭的保護問題。也就是說,“更能耐受高溫"不等同于“更能在高溫材質中有效地傳播信號"。
                 ○被測面和被測材質,應現場判斷。漆皮鼓包、內外壁不平行、強散射性材質等,導致無法測量,是很正常的事,不要試圖解決。
                 ○儀器廠商只能從儀器主機的性能功能上去考慮解決辦法,比如:掃查、增益、讀值保持、A掃,等等。
              應用實景(測塔罐)

              超聲波測厚儀
              應用實景(測管道)
              超聲波測厚儀

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