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 (Нв и Нн) – интервал результатов измерений, в пределах которого объект признается годным по измеряемой величине.
ПРИМЕР 1
НОМИНАЛЬНЫЙ РАЗМЕР10 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 РАЗМЕР10 мм
ДОПУСК НА ИЗГОТОВЛЕНИЕ ± 0,05 мм
ПРИЕМОЧНЫЕ ГРАНИЦЫ Нн = 9,95 мм, Нв = 10,05 мм
ПОЛЕ ДОПУСКА Δ = Нв – Нн = 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 – tо )
Сt скорость распространения у.з. колебаний при температуре t°.
Кс – температурный коэффициент скорости, м/с град
T – температура контролируемого изделия
tо – 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. = ∑ Нi / 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 толщиномеры, 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 Xср= 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 Сизд=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 Низд= 10мм,
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 Dс=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= + 20oC) температуре – С0=5900 м/с.
Настройка по образцу выполнена при нормальной температуре, а измерение на изделии - при повышенной – t=+60oC.
Температурный коэффициент скорости для стали Кс= - 0,5.
Скорость в нагретом изделии С=С0+Кс(t-t0).
То есть С=5900-0,5(60-20)=5880 м/с.
Тогда Низм=10х5,9/5,88=10,03мм, а ∆с=+0,03мм.
Тот же пример, но – t=480oC
С=5900-0,5(480-20)=5670м/с, Низм=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 (Нв и Нн) – интервал результатов измерений, в пределах которого объект признается годным по измеряемой величине.
ПРИМЕР 1
НОМИНАЛЬНЫЙ РАЗМЕР10 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 РАЗМЕР10 мм
ДОПУСК НА ИЗГОТОВЛЕНИЕ ± 0,05 мм
ПРИЕМОЧНЫЕ ГРАНИЦЫ Нн = 9,95 мм, Нв = 10,05 мм
ПОЛЕ ДОПУСКА Δ = Нв – Нн = 10,05 - 9,95 = 0,1 мм