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技術(shù)文章

保障超聲波測厚儀測量精度問題務(wù)必要考慮的事項

閱讀：108發(fā)布時間：2025-5-24

使用超聲波測厚儀時，若要保障測量精度，需從儀器性能、測量環(huán)境、操作規(guī)范、被測物體特性等多方面綜合考量，以下是一些關(guān)鍵注意事項：

一、儀器性能與校準(zhǔn)

選擇合適的儀器型號

根據(jù)被測材料的類型（如金屬、塑料、陶瓷等）、厚度范圍（如薄板、厚壁件）及表面狀態(tài)（光滑或粗糙），選擇適配的超聲波測厚儀。例如，測量金屬薄板時，需選用高頻探頭（如 5MHz 以上）以提高分辨率；測量厚壁鑄件時，可選用低頻探頭（如 1MHz）以增強(qiáng)穿透力。
注意儀器的測量精度指標(biāo)（如 ±0.1% 或 ±0.1mm），確保其滿足測量需求。

定期校準(zhǔn)與維護(hù)

使用前需用標(biāo)準(zhǔn)試塊（如已知厚度的校準(zhǔn)塊）進(jìn)行校準(zhǔn)，確保儀器顯示值與實際厚度一致。校準(zhǔn)試塊的材質(zhì)、表面粗糙度應(yīng)盡量接近被測物體。
定期檢查探頭線纜是否破損、插頭接觸是否良好，避免因硬件故障導(dǎo)致測量誤差。

二、被測物體的特性分析

材料聲速的準(zhǔn)確性

超聲波在不同材料中的傳播速度（聲速）差異顯著，需準(zhǔn)確輸入被測材料的聲速值。若材料未知，可通過測量已知厚度的試樣或查閱材料聲速表（如鋼約為 5900m/s，鋁約為 6300m/s）進(jìn)行設(shè)定。
對于多層復(fù)合結(jié)構(gòu)或非均勻材料（如鑄件、復(fù)合材料），需考慮聲速在不同層間的變化，必要時進(jìn)行分層測量或采用特殊算法修正。

表面狀態(tài)與耦合效果

表面粗糙度：被測物體表面若粗糙（如銹蝕、氧化皮），會導(dǎo)致超聲波散射，影響回波信號強(qiáng)度。需提前清理表面（如打磨、拋光），使表面粗糙度 Ra≤6.3μm。
耦合劑選擇：耦合劑用于排除探頭與被測表面之間的空氣（空氣會大幅衰減超聲波），常用耦合劑有甘油、機(jī)油、水玻璃等。需根據(jù)環(huán)境溫度和表面狀態(tài)選擇：低溫環(huán)境可用甘油，粗糙表面可用粘度較高的耦合劑（如黃油），確保耦合層薄且均勻。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)與缺陷

被測物體若存在內(nèi)部缺陷（如裂紋、氣孔、夾層），會干擾超聲波傳播路徑，導(dǎo)致測量值異常。需通過多次測量（不同位置）或結(jié)合其他檢測手段（如超聲探傷）判斷數(shù)據(jù)有效性。
對于曲面物體（如管道、容器），需注意探頭與曲面的接觸面積，盡量使用曲率匹配的探頭（如小尺寸探頭或曲面專用探頭），避免因聲束擴(kuò)散導(dǎo)致測量偏差。

三、測量操作規(guī)范

探頭放置與壓力控制

測量時需將探頭垂直且穩(wěn)定地壓在被測表面，確保聲束垂直入射材料，避免因角度偏差導(dǎo)致聲程延長或回波信號減弱。
施加適當(dāng)壓力（通常由儀器或探頭設(shè)計決定），壓力過小可能導(dǎo)致耦合不良，過大可能損壞探頭或被測表面。

測量點(diǎn)選擇與多次采樣

避免在焊縫、拐角、邊緣等幾何突變位置測量，這些區(qū)域可能存在應(yīng)力集中或材料不均勻性，影響測量精度。
對同一位置進(jìn)行多次測量（建議 3 次以上），取平均值以減少偶然誤差。若數(shù)據(jù)波動較大，需檢查表面狀態(tài)或是否存在內(nèi)部缺陷。

聲程與臨界厚度的考慮

超聲波測厚存在 “盲區(qū)"（近表面無法測量的區(qū)域），通常為幾毫米，需確認(rèn)被測物體厚度大于盲區(qū)。
對于極薄材料（如厚度接近探頭標(biāo)稱最小測量值），需選用專門的薄涂層探頭或采用多次回波法（測量多次反射信號）提高精度。

四、環(huán)境因素控制

溫度影響

材料聲速隨溫度變化而改變（如金屬材料聲速隨溫度升高而降低），高溫環(huán)境下需使用高溫探頭（如耐高溫耦合劑或水冷探頭），并根據(jù)溫度修正聲速值。
避免在劇烈溫度變化的環(huán)境中測量（如剛加工后的工件），需待溫度穩(wěn)定后再進(jìn)行操作。

電磁干擾與振動

遠(yuǎn)離強(qiáng)電磁源（如電機(jī)、變頻器），避免電磁干擾影響儀器電路和信號采集。
被測物體若存在振動（如運(yùn)行中的管道），需采取固定措施或等待振動停止后測量，防止因位移導(dǎo)致數(shù)據(jù)波動。

五、數(shù)據(jù)記錄與異常處理

詳細(xì)記錄測量條件

記錄測量時的儀器型號、探頭類型、聲速設(shè)置、耦合劑種類、環(huán)境溫度等參數(shù)，以便追溯和復(fù)現(xiàn)。

異常數(shù)據(jù)的分析

材料聲速是否設(shè)置正確；
表面耦合是否良好，是否有漏涂耦合劑或表面未清理；
探頭是否磨損或損壞（如晶片老化導(dǎo)致靈敏度下降）；
被測物體是否存在內(nèi)部缺陷或結(jié)構(gòu)變化。

若測量值與理論值差異較大，需依次排查以下因素：

總結(jié)

保障超聲波測厚儀的測量精度需遵循 “儀器適配、參數(shù)準(zhǔn)確、操作規(guī)范、環(huán)境可控" 的原則，通過合理選擇設(shè)備、嚴(yán)格執(zhí)行校準(zhǔn)流程、細(xì)致處理被測表面及控制外界干擾，可最大限度減少誤差，確保測量結(jié)果的可靠性。對于復(fù)雜工況或高精度要求的場景（如航空航天、壓力容器檢測），建議由專業(yè)人員操作，并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（如 ISO 3452、GB/T 18806 等）進(jìn)行質(zhì)量控制。

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