壓電超聲波高溫測(cè)厚難點(diǎn)及釋疑（一）

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高溫測(cè)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(yùn)行時(shí)，這些容器管道內(nèi)的介質(zhì)（無論液態(tài)還是汽態(tài)）處于高溫狀態(tài)，傳導(dǎo)到金屬外壁，溫度仍有數(shù)百度。

v   高溫加劇腐蝕，同時(shí)介質(zhì)的流動(dòng)是靠壓力驅(qū)動(dòng) —— 因此，這些容器管道壁厚減薄的程度必須予以監(jiān)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(cè)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(cè)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(cè)件內(nèi)部，并獲得底面（即，內(nèi)壁）的反射號(hào)；

2， 該反射信號(hào)必須足夠穩(wěn)定、明確、清晰，儀器才能辨識(shí)并進(jìn)行計(jì)算，從而顯示厚度值。  

壓電超聲測(cè)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(cè)面狀況、被測(cè)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(hào)、往往來不及辨識(shí)計(jì)算。 

v   為了保護(hù)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(cè)面，但這也導(dǎo)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(cè)量（相當(dāng)于探頭底面有了“麻點(diǎn)”）。 

關(guān)于探頭  

v   探頭內(nèi)置“晶振片”，靠它產(chǎn)生和接收超聲信號(hào)。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(dāng)、也即傳播的難易程度適當(dāng)。不同材質(zhì)的晶振片，其 Tc 值不同。 

v   現(xiàn)有的晶振片材質(zhì)中， Tc 值能達(dá)到 500℃ 的，其另外一個(gè)參量，“機(jī)械品質(zhì)因子 θ m ”卻非常高，達(dá) 10 的 6 次方 , 導(dǎo)致無法獲得有效的信號(hào)分辨力——超聲測(cè)厚儀使用的晶振片，其 θ m 都在 1000 以下，否則厚度的起測(cè)點(diǎn)就得在 500mm 以上。

因此，現(xiàn)有的所謂“高溫”探頭，都無法在最本質(zhì)的晶振片上獲得突破，目前所解決，都只不過是對(duì)探頭本身的保護(hù)，（比如，探頭底面的保護(hù)膜不容易被“燙壞”、外殼加裝保護(hù)套等等），都沒有辦法解決壓電超聲信號(hào)在高溫介質(zhì)中的有效傳播（發(fā)射與接收）的問題。 

關(guān)于被測(cè)面的狀況  

v   當(dāng)探頭置放在被測(cè)面表面，超聲波以垂直于該接觸點(diǎn)切線的方向傳播，到底面（內(nèi)壁），同樣以垂直切線的方向原路反射，這個(gè)效果是最理想的（仍參見原理圖）。這個(gè)效果，在平面測(cè)量、以及大直徑的筒、管、罐測(cè)量中，比較容易實(shí)現(xiàn)。但是對(duì)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(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下，被測(cè)表面的油漬、漆面（尤其是鼓包），都會(huì)對(duì)測(cè)量帶來影響。 

關(guān)于被測(cè)物體的材質(zhì)  

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

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

關(guān)于儀器 —— 通常的問題  

v   通常的超聲波測(cè)厚儀，都是讀數(shù)型的 —— 在“看到”一個(gè)穩(wěn)定、明確、清晰的反射信號(hào)后，“盯住”它，進(jìn)行計(jì)算，最終顯示出來的，只是一個(gè)計(jì)算的結(jié)果。 

v   在高溫狀態(tài)下，由于前述幾個(gè)因素，導(dǎo)致反射信號(hào)達(dá)不到所謂的“穩(wěn)定、明確、清晰”的程度，儀器無法“看到”信號(hào)、或者無法“盯住”它、或者“看花眼”了，于是出現(xiàn)“無讀值”、“讀值錯(cuò)誤”等現(xiàn)象。 

關(guān)于儀器 —— 初級(jí)解決辦法  

1 ，原來的儀器，它的“眼睛”只能“撲閃撲閃”每秒鐘“看到”四次信號(hào)?，F(xiàn)在，我們讓它快點(diǎn)“撲閃”，每秒鐘“看到” 20 次信號(hào)，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(hào)太弱，“看”不到。那就把信號(hào)增強(qiáng)，這叫“增益調(diào)節(jié)”，最好是數(shù)字化調(diào)節(jié)、而不是分檔調(diào)節(jié)； 

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

關(guān)于儀器 —— 高級(jí)解決辦法  

前面提到，測(cè)量能實(shí)現(xiàn)，本質(zhì)上就是“看到”并且能“盯住”信號(hào)。讀數(shù)型儀器，可能會(huì)“看”不到、“盯”不住、“看”花了（其實(shí)可能有信號(hào)閃現(xiàn)）。那么，我們讓儀器把它所能捕捉的信號(hào)都顯示出來，不讓它自己判斷、改由操作者來判斷，這就是 “A 信號(hào)掃描測(cè)厚儀”。 

A 掃測(cè)厚儀帶來的改進(jìn)： 最本質(zhì)的，就是信號(hào)可以由操作者自己觀察，不用擔(dān)心讀數(shù)型儀器錯(cuò)過、漏過信號(hào)。在功能上，除了同樣具備掃查、讀值功能外，增益可以數(shù)字調(diào)節(jié)而不是分檔調(diào)節(jié)（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(hào) —— 這很重要！

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