Основные типы задач при ультразвуковой

Основные типы задач при ультразвуковой

толщинометрии:

 

 

А – ручной контроль изделий с гладкими параллельными поверхностями (например, измерение толщины изделий при их изготовлении.

 

Б – ручной контроль изделий с грубыми и (или) непараллельными поверхностями (например, контроль изделий, подвергшихся коррозии.

 

В – автоматический контроль в потоке (обычно – трубы, листовой прокат)

 

При решении задач А и В основное требование к прибору – высокая точность измерений.

При решении задач Б основное требование – высокая чувствительность прибора, а требовании к точности могут быть ниже.

 

ИЗМЕРЕНИЕ – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

 

НОМИНАЛЬНАЯ ТОЛЩИНА (Н мм) – толщина, относительно которой определяются предельные толщины и которая служит началом отсчета отклонений.

ПОЛЕ ДОПУСКА (Dмм) – разность между максимальным и минимальным допускаемыми значениями толщины.

ПРИЕМОЧНЫЕ ГРАНИЦЫ ( Н_в и Н_н ) – интервал результатов измерений, в пределах которого объект признается годным по измеряемой величине.

 

ПРИМЕР 1

НОМИНАЛЬНЫЙ РАЗМЕР 10 мм

ДОПУСК НА ИЗГОТОВЛЕНИЕ ± 0,8 мм

ПРИЕМОЧНЫЕ ГРАНИЦЫ Нн = 9,2 мм, Нв = 10,8 мм

ПОЛЕ ДОПУСКА Δ = Нв - Нн = 10,8-9,2 = 1,6 мм

ДОПУСКАЕМАЯ ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ δ £ 35% от D / 2

δ £ 35% от 1,6/2 δ £ 0,28 мм

ПРИМЕР 2

НОМИНАЛЬНЫЙ РАЗМЕР 10 мм

ДОПУСК НА ИЗГОТОВЛЕНИЕ ± 0,05 мм

ПРИЕМОЧНЫЕ ГРАНИЦЫ Н_н = 9,95 мм, Н_в = 10,05 мм

ПОЛЕ ДОПУСКА Δ = Нв – Н_н = 10,05 - 9,95 = 0,1 мм

ДОПУСКАЕМАЯ ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ

δ £ 35% от 0,1/2 δ £ 0,0175 мм

ИСТИННОЕ ЗНАЧЕНИЕ ИЗМЕРЯЕМОЙ ТОЛЩИНЫ

- значение, идеально соответствующее толщине объекта в данной точке.

ДЕЙСТВИТЕЛЬНОЕ ЗНАЧЕНИЕ ИЗМЕРЯЕМОЙ ТОЛЩИНЫ

- значение толщины, определенное техническим средствами и настолько приближающееся к истинному значению, что для данной цели может быть использовано вместо него.

ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ

- отклонение результата измерений от истинного значения измеряемой величины

СИСТЕМАТИЧЕСКАЯ ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ

- составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющейся при повторных измерениях одной и той же величины.

Источники: - неправильная настройка прибора и некорректная методика измерений, например:

- неправильно установлена скорость распространения у.з. колебаний,

- не выполнена температурная компенсация времени распространения у.з. колебаний в призме ПЭП,

- не учтена кривизна поверхности ввода у.з. колебаний,

- недостаточно точно измерена толщина фрагмента изделия, по которому выполняется настройка прибора (измеряется скорость распространения у.з. колебаний)

Рекомендации по уменьшению погрешности – соблюдение рекомендаций методики выполнения измерений.

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ КОНТРОЛИРУЕМОГО ИЗДЕЛИЯ

Сt = Со + Кс (t – t_о )

Сt скорость распространения у.з. колебаний при температуре t°.

Кс – температурный коэффициент скорости, м/с град

T – температура контролируемого изделия

t_о – нормальная температура (обычно 20°С)

Материал	Кс, м/с град
Воздух	Плюс 0,6
Спирт	Минус 3,6
Вода	Плюс 2,5
Оргстекло	Минус 3,0
Твердые металлы	Минус 0,4………1,2
Сталь перлитного класса	Минус 0,6

Пример: Cо = 5920 м/с, Кс = -0,6 м/с град., tо = 20°С, t = 60°С

Сt = 5920 -0.6 (60-20) = 5920 – 24 = 5896 м/с

Выполнить N измерений.

Н изм. = ∑ Н_i / N

Случайная составляющая погрешности измерения уменьшается в √ N раз.

28

Внутренний дефект Коррозия

 

 

ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ ПОГРЕШНОСТЬ – составляющая погрешности измерения, зависящая от погрешности применяемого средства измерения.

ПОГРЕШНОСТЬ МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЙ (методическая погрешность) - составляющая погрешности измерения, происходящая от несовершенства метода измерений.

 

Основная погрешность толщиномера – погрешность измерений данным прибором в комплекте с преобразователем при определенных (нормальных) условиях их выполнения (плоскопараллельность поверхностей измеряемого изделия, шероховатость поверхности ввода у.з.колебаний и противоположной поверхности, температура окружающего воздуха и контролируемого изделия, атмосферное давление).

Эта погрешность определяется при аттестации прибора и указывается в его паспорте. Она же должна проверяться при поверках толщиномера.

Поверка толщиномеров

Поверка толщиномера – экспериментальное определение погрешности измерения и установление пригодности прибора к использованию.

Поверяются т олщиномеры, внесенные в “Государственный Реестр средств измерений”.

Поверка производится после изготовления, после ремонта и периодически в сроки, предусмотренные паспортом на прибор.

Государственную поверку проводят центры стандартизации и метрологии, а также предприятия, аккредитованные Госстандартом на право проведения поверки.

По результатам поверки выдается свидетельство о поверке установленного образца, в котором приводятся сведения о соответствии прибора требованиям технических условий на него.

 

Методические указания по поверке разрабатываются обычно разработчиком прибора.

Пример.

При измерении толщины получили ряд значений:

10,2 10,1 10,3 10,0 10,2 10,0 9,9 10,1 10,0 10,4 10,3 10,0 10,0 10,2 10,0

n =15

Среднее значение X_ср= 10,11

Средняя квадратическая ошибка s = 0,15.

Значит, истинное значение толщины будет лежать в диапазоне

9,96………. 10,26 с вероятностью Р=0,68.

 

Для получения вероятности Р=0,95 следует взять удвоенное значение вычисленной средней квадратической ошибки, то-есть 2s = 0,3. Тогда истинное значение толщины будет лежать в диапазоне

9,81…….10,41 с вероятностью Р=0,95.

Правильная запись результатов измерений будет

10,2; 10,1; 10,3; 10,0; 10,2; 10,0; 9,9; 10,1; 10,0; 10,4; 10,3; 10,0; 10,0; 10,2; 10,0

Погрешность измерений Δ=±0,15 мм, Р=0,68

или

Погрешность измерений Δ=±0,30м. (Если погрешность измерения оценивается с вероятностью 0,95, то эта вероятность при оформлении результатов измерений может не указываться).

Примеры вычисления систематических погрешностей

1.Погрешности, связанные с несовпадением скорости упругих волн в изделии со скоростью введенной в прибор при его настройке (например, материал образца, по которому проводилась настройка, не соответствует материалу контролируемого изделия).

 

Скорость звука в изделии С_изд=5800 м/с = 5,8 мм/мкс,

Скорость звука, введенная в прибор при его настройке - С=5920 м/ с = 5,92 мм/мкс

Действительная толщина изделия Н_изд= 10м м,

Время распространения УЗ в изделии t изд.= Н изд./ С изд. = 20 /5,8=3,4 мкс

Но прибор настроен на скорость С, и это время приведет к показанию прибора

Н изм.. = tизд х С.= (3,4 х 5,92) / 2=10,2мм.

Следовательно систематическая ошибка D_с=Низм. – Н изд. = +0,2мм.

 

С

Итак, Н изм. = Низд..

С изд.

 

 

Чем больше введенная в прибор при его настройке скорость (по сравнению с изделием), тем больше измеренное значение толщины и, следовательно, больше систематическая ошибка.

 

 

2. Погрешности, связанные с измерением при температурах, отличных от нормальной.

Образец для настройки прибора и изделие имеют одинаковую толщину (Н=10мм) и одинаковую скорость УЗ волн при нормальной (t₀= + 20^oC) температуре – С₀=5900 м/с.

Настройка по образцу выполнена при нормальной температуре, а измерение на изделии - при повышенной – t=+60^oC.

Температурный коэффициент скорости для стали К_с= - 0,5.

Скорость в нагретом изделии С=С₀+К_с( t-t₀).

То есть С=5900-0,5(60-20)=5880 м/с.

Тогда Н_изм=10х5,9/5,88=10,03мм, а ∆_с=+0,03мм.

 

Тот же пример, но – t=480^oC

С=5900-0,5(480-20)=5670м/с, Н_изм=10х5,9/5,67=10,4мм, а ∆_с=+0,4мм.

 

Поверхностных дефектов

Должна быть подготовлена плоская площадка Ø15 мм, или контроль с противоположной поверхности.

Если выборка имеет крутой профиль, и обеспечить плоскую площадку невозможно, следует измерить толщину в точках вокруг выборки. Глубину выборки измеряют микрометрическим или индикаторным глубиномером. Толщину изделия в месте выборки находят как разницу полученных результатов.

Основные типы задач при ультразвуковой

толщинометрии:

 

 

А – ручной контроль изделий с гладкими параллельными поверхностями (например, измерение толщины изделий при их изготовлении.

 

Б – ручной контроль изделий с грубыми и (или) непараллельными поверхностями (например, контроль изделий, подвергшихся коррозии.

 

В – автоматический контроль в потоке (обычно – трубы, листовой прокат)

 

При решении задач А и В основное требование к прибору – высокая точность измерений.

При решении задач Б основное требование – высокая чувствительность прибора, а требовании к точности могут быть ниже.

 

ИЗМЕРЕНИЕ – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

 

НОМИНАЛЬНАЯ ТОЛЩИНА (Н мм) – толщина, относительно которой определяются предельные толщины и которая служит началом отсчета отклонений.

ПОЛЕ ДОПУСКА (Dмм) – разность между максимальным и минимальным допускаемыми значениями толщины.

ПРИЕМОЧНЫЕ ГРАНИЦЫ ( Н_в и Н_н ) – интервал результатов измерений, в пределах которого объект признается годным по измеряемой величине.

 

ПРИМЕР 1

НОМИНАЛЬНЫЙ РАЗМЕР 10 мм

ДОПУСК НА ИЗГОТОВЛЕНИЕ ± 0,8 мм

ПРИЕМОЧНЫЕ ГРАНИЦЫ Нн = 9,2 мм, Нв = 10,8 мм

ПОЛЕ ДОПУСКА Δ = Нв - Нн = 10,8-9,2 = 1,6 мм

ДОПУСКАЕМАЯ ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ δ £ 35% от D / 2

δ £ 35% от 1,6/2 δ £ 0,28 мм

ПРИМЕР 2

НОМИНАЛЬНЫЙ РАЗМЕР 10 мм

ДОПУСК НА ИЗГОТОВЛЕНИЕ ± 0,05 мм

ПРИЕМОЧНЫЕ ГРАНИЦЫ Н_н = 9,95 мм, Н_в = 10,05 мм

ПОЛЕ ДОПУСКА Δ = Нв – Н_н = 10,05 - 9,95 = 0,1 мм