ضخامت سنج

ضخامت سنج thickness-gauge یک تجهیز برای انجام تست های اساسی بدون تخریب است که جهت اندازه گیری ضخامت در شرایطی که به  سطح  جسم دسترسی داریم بکار می رود.  این ضخامت سنج ها را می توان از نظر تکنولوژی ساخت به انواع  زیر اشاره کرد.

 

انواع ضخامت سنج

ضخامت سنج لیزری

ضخامت سنج لیزری این ضخامت سنج ها دستگاههایی هستند که به صورت C Frame بر روی قطعه یا دور پلیت قرار گرفته و به کمک اشعه لیزر  ضخامت پلیت ، لوله یا شمش را اندازه گیری می نماید.این دستگاه می تواند به صورت تک کاناله و دو یا چند کاناله ضخامت یک یا چند نقطه از پلیت یا قطعه را به صورت آنلاین و روی خط تولید اندازه گیری کرده بر روی نمایشگر نشان دهد.

 

ضخامت سنج پرتویی

ضخامت سنج پرتویی ابزاریست که در صنایع خودرو سازی، کارخانجات فولاد، ماشین سازی، پتروشیمی، سیمان و لوله سازی  و حتی تکنولوژی هسته ای و… کاربرد گسترده ای دارند که از آن جمله بکارگیری آزمون های غیر تخریبی و آنالیز ترکیبات و ساختار مواد اشاره نمود و در اندازه گیری ضخامت محصولات ورقه ای مانند کاغذ، فولاد، آلومینیوم، لاستیک، پلاستیک، پوشش ها و آبکاری ها کاربرد دارند که براساس خاصیت انتقالی و هم  پراکنی بازتاب پرتوها طراحی و ساخته می شود.

 

ضخامت سنج مغناطیسی

 ضخامت سنج مغناطیسی که عمدتا به ضخامت سنج رنگ و پوشش یا ضخامت سنج رنگ خودرو معروفند. كاربرد عمده اين روش در اندازه گيری پوشش های روی سطوح  به صورت مايع و يا پودری می باشد به علاوه بر روی سطوحی زیرین رنگ کاری شده(زیر آیندهای) آهنی و فولادی كه آبكاری كروم٬ روی٬ كادميوم و فسفاته شده نیز استفاده می شود

ضخامت سنج گردابی

ضخامت سنج  جریان گردابی  دارای كاربردهای عمومی تر  جهت  ضخامت سنجی پوشش ها می باشند که شامل  پوشش مايع و پودری بر روی آلومينيوم و فولاد ضد زنگ غيرمغناطيسی همچنين برروی آلومينيوم آنودايز  شده می باشد.

 

ضخامت سنج پیشرفته مغناطیسی و گردابی

بسياری از ضخامت سنج های   امروزی بر اساس تركيبی از هر دو مکانیزم القای مغناطيسی و جريان گردابی كار می كنند. این امر سبب می شود كه  مصرف كننده امكان سنجش در دامنه وسیع تری را بدون تغيير در نوع ضخامت سنج داشته باشد.

مصرف كننده معمولا می تواند از بين ضخامت سنج های اصلی كه فقط مقدار ضخامت را بصورت ديجيتالی نشان مي دهند و يا ضخامت سنج های دیجیتال  پیشرفته تر كه مقادير اندازه گيری شده را ذخيره می نمايند و به ما اطلاعات آماری نظير متوسط داده ها، انحراف استاندارد و يا بالاترين و پایين ترين مقدار سنجش را ارائه می دهد یکی را انتخاب کند.
نوع ديگری از انتخاب بر پايه شكل قطعه ای است كه اندازه گيری می شود. برای تمام قطعاتی كه اندازه گيری می شوند نمی توان از يك نوع ضخامت سنج و پراب استفاده نمود. وقتی كه با يك قطعه با شكل های پيچيده مواجه هستيم. پراب های مختلف جداگانه ای عرضه می شوند:

به عنوان مثال سنجش ضخامت پوشش  قطرداخلی يك لوله ممكن است نياز به پراب 90درجه داشته باشد٬ در حاليكه اندازه گیری ضخامت روی يك سطح صاف به جهت دسترسی آسانتر به سطح تحت اندازه گیری نياز به يك پراب با زاويه صفر درجه دارد.

• ضخامت سنج اولتراسونیک Ultrasonic thickness gauge  که به ضخامت سنج فلزات و یا ضخامت سنج لوله معروف است.

ضخامت سنج التراسونیک

از ضخامت سنج های اولتراسونیک به منظور اندازه گیری  و سنجش ضخامت فلزات ، سرامیک ها، کامپوزیت، پلاستیک و … استفاده می شود. یکی از مهمترین و بارزترین ویژگی های ضخامت سنج های اولتراسونیک قابلیت اندازه گیری  ضخامت از روی روکش و بدون برداشتن پوشش می باشد، این ویژگی باعث شده است ضخامت سنج های اولتراسونیک در صنایع کشتی سازی و خطوط لوله بسیار پرکاربرد باشند.

در گذشته برای اندازه گیری ضخامت اجسام نظیر لوله  می بایست  از کولیس  استفاده می شد که این همر سبب برش دادن نمونه  می شد تا لبه های کولیس در آن جای گیرد. این عمل به خصوص در ابعاد بالاتر ضایعات بسیاری را به همراه  داشت. از سویی دیگر ضخامت سنج های التراسونیک قادرند  در خط تولید و پس از جامد شدن نمونه  تنها با خیس نمودن سطح محصول ضخامت را اندازه گیری نمایند. امروزه با استفاده از امواج اولتراسونیک به راحتی می توان ضخامت اجسام را در هر نقطه ی دلخواه بدون برش اندازه گیری کرد.

 

طرز کار ضخامت سنج های اولتراسونیک

روش کار با ضخامت سنج التراسونیک بدین گونه است که برای اندازه گیري ضخامت نمونه توسط این دستگاه، امواج صوت از طریق پراب ساطع شده و پس از عبور از ضخامت نمونه وارد محیط هوای داخل نمونه می گردد. هوا مانند عایق عمل نموده و سرعت عبور امواج از ضخامت با احتساب زمان آن ضخامت قطعه را بدست می دهد. به همین دلیل بایستی ضخامت نازکی از آب روي سطح قطعه قرار داده تا مانند رسانایی سبب عبور امواج گردد.

کار تمامی سنجه های ماوراء صوت بر پایه اندازه گیری بازه زمانی عبور پالس های فرکانس صوتی از میان ماده مورد آزمایش است . فرکانس یا گام این پالس های صوتی فراتر از حد شنوایی انسان است ، به طور کلی یک تا بیست میلیون سیکل در ثانیه ، در مقابل برای گوش انسان حد ، بیست هزار است .

این امواج فرکانس بالا توسط وسیله ای تولید و دریافت می شوند که مبدل ماوراء صوت نامیده می شود ؛ که انرژی الکتریکی را به لرزش های مکانیکی تبدیل می کند و بلعکس .امواج اولتراسونیک بکار رفته در آزمایشات صنعتی به خوبی نمی توانند از میان هوا عبور کنند ؛ به همین دلیل از یک جفت واسط مثل پروپیلن گلیکول ؛ گلیسرین ، آب یا نفت استفاده می شود  که اغلب بین مبدل و قطعه قرار می گیرد. بیشتر سنجه های ماوراء صوت از روش ” ضربه – انعکاس ” برای اندازه گیری استفاده می کنند . امواج صوتی تولید شده توسط مبدل ، وارد قطعه شده  و از بخش دیگر منعکس می شوند و به مبدل بازمی گردند .  سنجه ، بازه زمانی بین پالس مرجع یا اولیه را با انعکاس آن با دقت اندازه گیری می کند. به طور نمونه این بازه زمانی تنها یک میلیونیم ثانیه است. اگر سنجه با سرعت صوت در آن نمونه برنامه ریزی شده باشد ، می توان ضخامت را بوسیله روابط ساده ریاضی از روی این بازه زمانی محاسبه کرد.

t = VT/2

t= ضخامت قطعه      V =  سرعت صوت در آن ماده               T=زمان رفت و برگشت اندازه گیری شده

نکات مهم

نکته مهم این است که سرعت صوت در ماده مورد آزمایش یک بخش ضروری از این محاسبه است .در مواد متفاوت سرعت انتقال صوت نیز متفاوت است ، و سرعت صوت به طور قابل توجهی با دما تغییر خواهد کرد.  بنابر این ضروری است که ابزار ماوراء صوت با توجه به سرعت صوت در ماده مورد آزمایش کالیبره شود و دقت اندازه گیری وابسته به این کالیبراسیون است .
ضخامت سنج اولتراسونیک  را می توان طوری تنظیم کرد که بتوان فلزات ، پلاستیک ، سرامیک ها ، کامپوزیت ها ، اپوکسی ها و شیشه را اندازه گیری کند. همچنین نمونه های بیولوژیک و مایع را نیز میتوان اندازه گیری کرد . موادی که برای سنجه های متداول ، مناسب نیستند شامل چوب ، کاغذ ، بتن و فوم است.

اندازه گیری  آنلاین یا همزمان پلاستیک های اکسترود شده  یا فلزات نورد شده ، همچنین اندازه گیری لایه ها یا پوشش در مواد چند لایه نیز ممکن است.

اجزاء ضخامت سنج اولتراسونیک چیست

ضخامت سنج  های اولتراسونیک عمدتا شامل یک مدار  شامل سنسور های فرستنده  و گیرنده، کنترل کننده و زمان سنج منطقی که عمدتا میکرو کنترلر یا میکرو پروسسور است، نمایش گر  و یک منبع تغذیه است. سنسور تحت کنترل یک میکرو کنترلر، یک پالس PWM محرک را به مبدل موج می فرستد. پالس  التراسونیک (ماوراء صوت) به وسیله مبدل  فرستنده که به نمونه تست متصل شده، تولید می شود.

انعکاس ها از انتها یا داخل سطح نمونه توسط  گیرنده دریافت و به سیگنال های الکتریکی تبدیل می شوند و  به یک آمپلی فایر  (تقویت کننده عملیاتی) داده می شود جهت آنالیز داده ها میکرو کنترلر یا پروسسور کنترل کننده تابع زمان سنجی را با پالسهای منطقی  منطبق کرده و سیگنال های انعکاسی مناسب را جهت اندازه گیری بازه زمانی انتخاب می کنند . به هنگام برگشت، انعکاس های دریافت شده توسط تابع زمان سنجی،  بازه زمانی  رفت و برگشت پالس صوتی در نمونه تست بدقت اندازه گیری می شود. غالبا این روند چندین بار تکرار می شود تا  مقداری متوسط و پایدار بدست آید.
سپس میکروپروسسور  این بازه زمانی را همراه  با سرعت صوت و داده های ذخیره شده در حافظه دستگاه بکار می برد تا ضخامت را اندازه گیری کند.  این ضخامت سپس نمایش داده شده و به طور متناوب آپدیت می شود . ضخامت خوانده شده همچنین ممکن است  با توجه  به امکانات  دستگاه ضخامت سنج در حافظه بیرونی ذخیره شود یا به پرینتر انتقال پیدا کند .

انواع ضخامت سنج های اولتراسونیک

اغلب ضخامت سنج های اولتراسونیک یکی از چهار نوع زیر هستند :
1.    مبدل – تماسی
2.    خط تاخیری
3.    شناور
4.    دوجزئی

ضخامت سنج التراسونیک تماسی

ضخامت سنج هایی که از مبدل های تماس مستقیم استفاده می کنند به طور کلی از اجرا ساده ای تشکیل شده اند و به طور گسترده ای در اندازه گیری های صنعتی بکار می روند .بازه های زمانی عبارت اند از پالس های القایی اولیه تا اولین انعکاس منهای فاکتورهای زمانی لایه کوپل شده همچنین تاخیر الکتریکی در ابزار سنجش و فاکتورهای تصحیح کننده ای که حساب ضخامت از سطح ابزار مبدل را دارد. عموما در تماس مستقیم با قطعه مورد تست مبدل های تماسی بکار گرفته می شوند.

 

ضخامت سنج التراسونیک خط تاخیری

مبدل های خط تاخیری از یک سیلندر پلاستیک ، اپوکسی یا سیلیکا جوش خورده تشکیل شده اند و به عنوان خط تاخیری بین سنسور مبدل و قطعه  تحت کار شناخته می شوند .یک دلیل عمده برای استفاده از مبدل خط تاخیری جدا کردن انعکاس ها از پالس های محرک در ماده نازک مورد اندازه گیری است .

این لایه می تواند به عنوان یک موج بر،  عمل کند همچنین می تواند امواج را به قطعه ای که بسیار داغ است بفرستد تا اندازه گیری بوسیله مبدل تماسی که نسبت به گرما حساس هستند انجام شود. خط تاخیری را می توان طوری شکل داد که به راحتی با سطوح منحنی و فضاهای محدود کوپل شود. زمان بندی انعکاس ها در کاربردهای خط تاخیری ممکن است یکی از این دوحالت باشد، انتهای خط تاخیری به ابتدای انعکاس دیواره پشتی یا بین انعکاس های موفق دیواره.

زمان سنجی بین انعکاس های موفق دیواره دقت اندازه گیری مواد نازک را بهبود می بخشد و دقت اندازه گیری  را بیشتر از روش تماسی برای کاربردهای ویژه مثلا اجسام داغ می کند.

ضخامت سنج التراسونیک شناور

مبدل های شناور یک ستون آب را برای انتقال انرژی صوتی به داخل قطعه بکار می برند . آنها را می توان بکار برد برای اندازه گیری آنلاین تولیدات متحرک ، برای اسکن و یا اندازه گیری چرخشی ، یا بهینه سازی در شعاع های تیز  و شیارها و نوع زمان سنجی آنها مشابه نوع تاخیر خطی است .

ضخامت سنج التراسونیک دو جزئی

مبدل های دو جزئی اصولا برای اندازه گیری سطوح زبر و خشن مورد استفاده قرار می گیرند. در آنها مبدل فرستنده و گیرنده جدا از هم هستند که هر دو روی یک خط تاخیری سوار شده اند در یک زاویه متغیر برای تمرکز انرژی یک فاصله انتخاب شده در زیر سطح قطعه . همچنین دقت عمل این نوع ضخامت سنج ها کمتر از انواع دیگر است.  آنها فقط برای کاربردهای زبر و خشن طراحی شده اند.