壓電超聲波高溫測厚難點(diǎn)及釋疑（一）

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高溫測厚的場(chǎng)合

v   石化、煉化、化工、制藥等行業(yè)的塔、罐體、管道。

v   在役運行時(shí)，這些容器管道內的介質(zhì)（無(wú)論液態(tài)還是汽態(tài)）處于高溫狀態(tài)，傳導到金屬外壁，溫度仍有數百度。

v   高溫加劇腐蝕，同時(shí)介質(zhì)的流動(dòng)是靠壓力驅動(dòng) —— 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。

壓電超聲測厚的原理

v   要點(diǎn)：

1， 由于壓電產(chǎn)生的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(jìn)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(jìn)行計算，從而顯示厚度值。  

壓電超聲測厚的原理圖 ：

注： t0 點(diǎn)是發(fā)射的起始時(shí)間點(diǎn)（始脈沖）， t1 點(diǎn)是第一次底面反射回波被接收到的時(shí)間點(diǎn)。兩者的時(shí)間差乘以聲速，再除以 2 ，就是超聲波在工件一個(gè)單程傳遞的路程，即厚度值  

高溫狀態(tài)下的影響因素  

v   耦合劑、探頭、被測面狀況、被測物體的材質(zhì)、儀器 

關(guān)于耦合劑  

v   高溫時(shí)，耦合劑中的水分瞬間蒸發(fā)，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(lái)不及辨識計算。 

v   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(huì )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(fā)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(diǎn)”）。 

關(guān)于探頭  

v   探頭內置“晶振片”，靠它產(chǎn)生和接收超聲信號。晶振片有一個(gè)物理參量，“居里溫度點(diǎn) Tc” ，這代表在該溫度值以下，晶振片產(chǎn)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(zhì)的晶振片，其 Tc 值不同。 

v   現有的晶振片材質(zhì)中， Tc 值能達到 500℃ 的，其另外一個(gè)參量，“機械品質(zhì)因子 θ m ”卻非常高，達 10 的 6 次方 , 導致無(wú)法獲得有效的信號分辨力——超聲測厚儀使用的晶振片，其 θ m 都在 1000 以下，否則厚度的起測點(diǎn)就得在 500mm 以上。

因此，現有的所謂“高溫”探頭，都無(wú)法在最本質(zhì)的晶振片上獲得突破，目前所解決，都只不過(guò)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），都沒(méi)有辦法解決壓電超聲信號在高溫介質(zhì)中的有效傳播（發(fā)射與接收）的問(wèn)題。 

關(guān)于被測面的狀況  

v   當探頭置放在被測面表面，超聲波以垂直于該接觸點(diǎn)切線(xiàn)的方向傳播，到底面（內壁），同樣以垂直切線(xiàn)的方向原路反射，這個(gè)效果是最理想的（仍參見(jiàn)原理圖）。這個(gè)效果，在平面測量、以及大直徑的筒、管、罐測量中，比較容易實(shí)現。但是對于彎道和彎頭部位（尤其是 90 度外凸的那個(gè)點(diǎn)），很顯然，往往難以擺正探頭位置。 

v   另外，現場(chǎng)環(huán)境下，被測表面的油漬、漆面（尤其是鼓包），都會(huì )對測量帶來(lái)影響。 

關(guān)于被測物體的材質(zhì)  

v   任何情況下，超聲波的傳遞，都要受到被測物體材質(zhì)的影響，從而帶來(lái)散射效果、聲速的變化。只不過(guò)，在大多數情況下，這些影響帶來(lái)的干擾不大、引起的細微誤差都在可忽略的范圍內。 

v   但是，由于要耐受高溫高壓腐蝕，有些部件，其材質(zhì)所帶來(lái)的影響不能被忽略。比如，不同規格標號的不銹鋼閥門(mén)閥體，信號的散射衰減程度迥異。 

關(guān)于儀器 —— 通常的問(wèn)題  

v   通常的超聲波測厚儀，都是讀數型的 —— 在“看到”一個(gè)穩定、明確、清晰的反射信號后，“盯住”它，進(jìn)行計算，最終顯示出來(lái)的，只是一個(gè)計算的結果。 

v   在高溫狀態(tài)下，由于前述幾個(gè)因素，導致反射信號達不到所謂的“穩定、明確、清晰”的程度，儀器無(wú)法“看到”信號、或者無(wú)法“盯住”它、或者“看花眼”了，于是出現“無(wú)讀值”、“讀值錯誤”等現象。 

關(guān)于儀器 —— 初級解決辦法  

1 ，原來(lái)的儀器，它的“眼睛”只能“撲閃撲閃”每秒鐘“看到”四次信號?，F在，我們讓它快點(diǎn)“撲閃”，每秒鐘“看到” 20 次信號，這叫掃查功能；同時(shí)，最好能夠顯示出掃查到的最大值或最小值，這叫“極值顯示”。 

2 ，信號太弱，“看”不到。那就把信號增強，這叫“增益調節”，最好是數字化調節、而不是分檔調節； 

3 ，由于信號出現很短暫，儀器剛讀完這個(gè)信號，他就消失了，儀器不敢確定。那就讓它把讀到的信號先顯示出來(lái)，這叫“讀值保持”。 

關(guān)于儀器 —— 高級解決辦法  

前面提到，測量能實(shí)現，本質(zhì)上就是“看到”并且能“盯住”信號。讀數型儀器，可能會(huì )“看”不到、“盯”不住、“看”花了（其實(shí)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(lái)，不讓它自己判斷、改由操作者來(lái)判斷，這就是 “A 信號掃描測厚儀”。 

A 掃測厚儀帶來(lái)的改進(jìn)： 最本質(zhì)的，就是信號可以由操作者自己觀(guān)察，不用擔心讀數型儀器錯過(guò)、漏過(guò)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（這樣更精確），另外，增加了雜波屏蔽功能，可以讓儀器讀取指定的信號 —— 這很重要！

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