Точность измерения толщины

Вопрос 9. Точность измерения толщины

Точность измерений толщины с помощью эхо-импульсного УЗ толщиномера определяется погрешностью, обусловленной (как в любых приборах косвенных измерений) методической, систематической, инструментальной и случайной составляющими.

 Методическая погрешность является следствием того, что крутизна фронта эхо-импульсов, между которыми измеряется временной интервал Т, конечна. Поэтому длительность интервала Т, между моментами начала и конца отсчета пороговыми устройствами является функцией уровней отсчета U₁ и U₂ на которых этот интервал измеряется, а при постоянном уровне измерений – функцией амплитуды эхо-сигнала.

Рис. 7.1

Амплитуда импульсов, отраженных от донной поверхности КИ сильно изменяется в силу ряда причин: нарушения акустического контакта, не параллельности граней изделия, шероховатости донной поверхности, различного затухания УЗ в разных материалах, изменения толщины во всем диапазоне измерений, уменьшения чувствительности раздельно-совмещенных ПЭП, как в области малых толщин (1-5 мм) так и в области больших толщин (>100 мм). Это приводит к «сползанию» точки отсчета времени в большую сторону на значение ΔТ΄.

Эта погрешность особенно сказывается на малых толщинах, т.к. крутизна фронтов УЗ импульсов сравнима с измеряемыми временными интервалами.

Еще одна характерная причина погрешности, вызванная изменением амплитуды эхо-импульса – дискретный скачок показания прибора из-за «потери» волны. Реальные эхо-импульсы, на выходе ПЭП, как правило, имеют форму колокольного радиоимпульса. При уменьшении амплитуды эхо-импульса возможен переход момента срабатывания измерительной системы с первой на вторую или последующие полуволны.

Рекомендуемые материалы

Рис. 7.2

Основными средствами борьбы с методической погрешностью являются:

· Увеличение амплитуды принимаемого эхо-импульса за счет увеличения амплитуды ЗИ и увеличения коэффициента усиления;

· Снижения порога срабатывания измеряемой системы;

· Увеличения частоты заполнения УЗ импульсов, а, следовательно увеличение крутизны фронтов принимаемого эхо-сигнала (до тех пор, пока уменьшение амплитуды импульсов из-за увеличения затухания не начнет вносить заметную погрешность, т.к. с увеличением частоты увеличивается затухание).

В современных толщиномерах используется устройство автоматического регулирования усиления АРУ, которое донный сигнал при любых условиях прозвучивания устанавливает одинаковой амплитуды. При этом возникающая ошибка при жестком уровне порога будет постоянной.

Систематическая погрешность вызвана изменением толщины слоя контактной смазки между рабочей поверхностью ПЭП и КИ с криволинейной, грубообработанной  поверхностью или при измерении изделий с клиновидной формой.

Уменьшение рабочей поверхности ПЭП позволяет снизить систематическую погрешность за счет уменьшения высоты сегмента или клина между ПЭП и КИ. Экспериментально установлено, что минимальная ширина рабочей поверхности ПЭП, при которой он сохраняет устойчивость на поверхности изделия, составляет 2-3 мм.

Уменьшение погрешности на клиновидных изделиях, вызванной в основном уменьшением амплитуды эхо-сигнала из-за ухода импульсов отраженных от донной поверхности изделия в сторону от акустической оси приемного ПЭП, можно добиться некоторым увеличением размеров ПЭП, т.е. увеличением ширины УЗ луча. Однако эта мера при достаточно большой толщине приводит к значительному увеличению размеров ПЭП.

Инструментальная погрешность определяется качеством усилительного и измерительного трактов толщиномеров. На нее влияют частотная полоса пропускания усилителя, линейность и стабильность измерения временных интервалов, класс точности и т.д. Современный уровень электроники позволяет свести инструментальную погрешность до сотых долей процента, что дает возможность практически ее не учитывать.

Случайная погрешность является следствием субъективной оценки измерений оператором. Погрешности могут быть вызваны неплотным прилеганием ПЭП к КИ, ошибочным считыванием и др. Значения этих погрешностей не может быть оценено заранее, однако они могут быть устранены многократным проведением измерений на одном участке.

Аналитический расчет  суммарной погрешности из-за многообразия источников, порой противоречащих и взаимоисключающих средств ее уменьшения крайне затруднителен. Поэтому оценку реальной погрешности толщиномера проводят на стандартных образцах толщины, кривизны, клиновидности, шероховатости и т.д.

Вопросы для самоконтроля

1. Перечислите основные характеристики толщиномеров

2. Опишите физический принцип резонансного метода толщинометрии

3. Опишите физический принцип импульсного метода толщинометрии

4. Какими достоинствами обладают эхо-импульсные толщиномеры?

5. Какие типы акустического тракта используются в толщинометрии?

6. Опишите принцип работы безэталонных толщиномеров

7. Перечислите основные достоинства и недостатки простых толщиномеров без памяти

8. Перечислите основные характеристики толщиномеров с памятью

9. Существуют ли толщиномеры с А-сканом? С В-сканом?

Информация в лекции "Сравнительный анализ международных и отечественных схем классификации" поможет Вам.

10. Каким образом производится настройка толщиномера УТ-93П?

11. Перечислите основные режимы работы толщиномера Взлет УТ

12. Какие параметры ВРЧ необходимо задавать при контроле цилиндрических изделий толщиной 100 мм?

13. Опишите порядок работы с толщиномером Взлет УТ

14. Какие составляющие погрешностей Вы знаете?

15. Перечислите основные методы борьбы с методической погрешностью