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摘 要：文章介绍了一种适用于路灯灯杆壁厚检测的超声波测厚仪检测方法，并详细介绍超声测厚仪的基本结构、测量原理，以及检测方法和注意事项。该仪器具有测量效率高、准确性高和安全可靠等优点。
关键词：路灯灯杆壁厚测量超声波测厚工作原理技术参数使用方法 1、前言随着国家城市化进成日益加快，城市道路照明事业得到迅速发展，大量路灯灯杆得以使用，如何选取优质的灯杆变得尤为重要。如何判断灯杆质量的好坏，灯杆厚度是一项重要指标，要根据实际需求选择灯杆的厚度，并能准确、快捷、方便的测量出灯杆的壁厚，可以有效的防止一些不良产品流入市场。 测厚的方法很多，除了常规的机械方法 (卡尺、千分尺等）外，还有其他一-些方法，如超声波测量、磁性测厚、电流法测厚、射线测厚等。在这些方法中，目前检验应用最多的是超声波测厚。因为超声波测厚仪体积小，质量轻，速度快，精度高，携带使用方便。 一．超声波测厚仪 超声检测是常用的无损检测技术之一, 超声测厚是超声检测技术在测厚方面的应用。它是利用超声波脉冲回波技术在非破坏情况下, 对工业上许多重要结构和部件进行精确测量, 一般壁厚10mm 以下的测量精度可达0.01mm[1]超声测厚所使用的仪器是超声测厚仪, 它的结构框图如图1和图2所示, 并且除了测厚以外还可测声速。
二．测试原理 超声测厚仪的工作原理如下: 它的脉冲发生器以一个窄电脉冲激励专用高阻尼压电换能器, 此脉冲为始脉冲, 一部分由始脉冲激励产生的超声信号在材料界面反射, 这信号称为始波。其余部分透入材料, 并从平行对面反射回来。这一返回信号称为背面回波。始波与背面回波之间的时间间隔代表了超声信号穿过被测件的声程时间。如测得声程时间则可由公式（1）确定被测件厚度［1］,同时假设测厚时声速是确定的。 d=2C/t （1） 式中: d ——被测件厚度 C ——超声波在被测件中的传播速度(即声速) t ——声程时间 反之由公式(1) 可知, 如测得工件厚度和声程时间则可求出被测工件中的声速, 声速是描述超声波在介质中传播特性的基本物理量, 它的大小由传播介质决定, 即与材料的弹性模量、密度、超声波波型和泊松比有关。金属材料的弹性模量尽管对组织结构不敏感,但由于它与原子间作用力和原子间距有关,而原子间距与晶体结构有关, 所以它还是受到组织结构的影响。此外金属材料的密度从微观上来讲也与组织结构有关[ 2 ]。因为: 密度=(原子数ö晶胞) (原子量ö阿佛加德罗常数)/晶胞体积 而晶胞的体积则与组织结构有关, 所以声速与金属材料内部的组织结构有必然的联系, 这样使用超声波测厚仪测出被测件中的声速变化, 可判断被测件中内部组织结构的异常。
三、超声波测厚仪主要功能 超声波测厚仪主要功能和性能指标。 1、主要功能 1）自动校对零点，可对系统误差进行修正； 2）非线性自动补偿：在全范围内利用计算机软件对探头非线性误差进行修正，以提高测量准确度； 3）耦合状态提示：提供耦合标志，通过观察其稳定状态可知耦合是否正常； 4）低电压提示； 5）自动关机：定时自动关机会帮您断电； 6）全键膜密闭式操作—防油污，提高使用寿命。 2、性能指标 显示方式:四位数字液晶显示 显示最小单位：0.1mm 工作频率及测量范围： 5PΦ10 探头、5PΦ10/90°探头：5MHz 1.2mm～225.0 mm 7PΦ6探头： 7MHz0.8mm～60.0 mm SZ2.5P 探头：2.5 MHz 3.0 mm～300.0 mm 管材测量下限： 5PΦ10 探头、5PΦ10/90°探头：Φ20mm×3.0mm 7PΦ6 探头：Φ15mm×2.0mm 测量误差：±(1%H+0.1)mm，H 为被测物实际厚度 声速：5900m/s 使用温度范围：0℃～40℃ 电源：二节 5 号干电池 功耗：工作电流＜20mA(3V) 外形尺寸：126 mm×68 mm×23 mm 3 基本配置及仪器各部分名称 3.1基本配置: 主机 1 台 5PΦ10 探头 1 支 5PΦ10/90°探头 1 支 耦合剂 1 瓶 3.2 选购件： 3.3 仪器各部分名称(见图2)
四、仪器校正 用测厚仪刺厚前，要先校准仪器的下限和线性。仪器的测量下限要用一块厚度为下限的试块来校准。如己知材料声速.可预先调好声速值，然后在仪器附带的试块上，调节“校准键"按钮，仪器即调试完毕。我们在实际使用中发现，使用不同品牌的测厚仪，其产品附带的试块的厚度大多各不相同，现场检验时应注意标准试块的厚度，以免调错了基准值。 测厚仪附带的试块，一般厚度较小，当需要的厚度与之偏离较大时.还应用台阶试块.分别在厚度接近待测厚度的最大值和待测厚度最小值 (或待测厚度最大值的二分之一）进行校正。 五、耦合剂的使用和选择 耦合剂是用来作为探头与被测材料之间的高频超声能量传递的材料。如果选择种类或使用方法不当将有可能造成误差或耦合标志闪烁，无法测值。耦合剂应适量使用，涂沫均匀。选择合适种类的耦合剂是非常重要的，当使用在光滑材料表面时，低粘度的耦合剂（如随机配置的耦合剂、轻机油等）是很合适的。当使用在粗糙材料表面，或垂直表面及顶面时，可使用粘度较高的耦合剂（如甘油膏、黄油、润滑脂等）。 六、灯杆壁厚的测量方法 1、一般测量方法： （1）在一点处用探头进行两次测厚，在两次测量中探头的分割面要互为90°，取较小值为被测工件厚度值。 （2）30mm 多点测量法：当测量值不稳定时，以一个测定点为中心，在直径约为30mm 的圆内进行多次测量，取最小值为被测工件厚度值。 2、精确测量法：在规定的测量点周围增加测量数目，厚度变化用等厚线表示。 3、连续测量法：用单点测量法沿指定路线连续测量，间隔不大于5mm。 4、网格测量法：在指定区域划上网格，按点测厚记录。此方法在高压设备、不锈钢衬里腐蚀监测中广泛使用 七、异常现象的防御措施及注意事项 1、清洁表面 测量前应清除被测物体表面所有的灰尘、污垢及锈蚀物，铲除油漆等复盖物。 2、提高光滑度要求 过份粗糙的表面会引起测量误差，甚至仪器无读数。测量前应尽量使被测材料表面光滑，可使用磨、抛、锉等方法使其光滑，还可使用高粘度耦合剂或选用粗晶探头 SZ2.5P。 3、测量圆柱型表面 测量圆柱型材料，如管子、油桶等，选择探头串音隔层板与被测材料轴线之间的夹角至关重要。简单地说，将探头与被测材料耦合，探头串音隔层板与被测材料轴线平行或垂直，沿与被测材料轴线方向垂直地缓慢摇动探头，屏幕上的读数将有规则地变化，选择读数中的最小值，作为材料的准确厚度。 探头串音隔层板与被测材料轴线交角方向的标准取决于材料的曲率，直径较大的管材，选择探头串音隔层板与管子轴线垂直，直径较小的管材，则选择与管子轴线平行和垂直两种测量方法，取读数中的最小值作为测量厚度。 4、参考试块 为了能得到令人满意的测量精度，最好选则具有与被测材料相同的材质和相近的厚度的试块。取均匀被测材料用千分尺测量后就能作为一个试块。对于薄材料，在它的厚度接近于探头测量下限时，不应测量低于下限厚度的材料。如果一个厚度范围是可以估计的，那么试块的厚度应选上限值。大部分锻件和铸件的内部结构具有方向性，在不同的方向上，声速将会有少量变化，为了解决这个问题，试块应具有与被测材料相同方向的内部结构，声波在试块中的传播方向也要与在被测材料中的方向相同。在实际测量中被测材料的声速可能是未知的，被测物体的厚度可以通过式（2）计算出 H0 = （h0/ h1）×H1……………（2） 式中：H0：被测物体实际厚度 h0：试块实际厚度 H1：被测物体测得的厚度 h1：试块测得的厚度 八、测量误差的预防方法 1、超薄材料 使用任何超声波测厚仪，当被测材料的厚度降到探头使用下限以下时，将导致测量误差，必要时，最小极限厚度可用试块比较法测得。 当测量超薄材料时，有时会发生一种称为“双重折射”的错误结果，它的结果为显示读数是实际厚度的二倍，另一种错误结果被称为“脉冲包络、循环跳跃”，它的结果是测得值大于实际厚度，为防止这类误差，测临界探头使用下限的材料时应重复测量核对。 2、锈斑、腐蚀凹坑等 被测材料另一表面的锈斑凹坑等将引起读数无规则地变化，在极端情况下甚至无读数，很小的锈点有时是很难发现的。当发现凹坑或感到怀疑时，这个区域的测量就得十分小心，可选择探头串音隔层板不同角度的定位来作多次测试。 3、探头的磨损 探头表面为丙烯树脂,长期使用会使粗糙度增高,导致灵敏度下降，用户在可以确定为此原因造成误差的情况下，可用砂纸或油石少量打磨探头表面使其平滑并保证平行度。如仍不稳定，则需更换探头。 4、探头护套 测曲面时，建议采用曲面探头护套，可较精确测量管道类曲面材料的厚度。 九、结论 超声测厚仪体积小, 携带方便, 检测速度快, 适合于野外及现场测试, 不会损坏检测对象的使用性能,且能对运行中的设备进行在役检测。可以预见在不久的将来, 随着声速测量精度的进一步提高, 超声波测厚仪的用途将会越来越广, 在材质检验中的地位也会变得更为重要。 参考文献 ［2］超声测厚仪在材料检测中的应用 盛国裕 中国计量学院 杭州 310034 ［3］张家骏 无损检测概论, 机械工业出版社, 1993∶59 ［4］超声检測/郑晖，林树青主编。—2版。 —北京：中国劳动杜会保障出版社，2008
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