淺談超聲波測厚儀校準的幾個問題

【摘 要】 本文通過對校準超聲波測厚儀所用的標準厚度塊、標準圓管技術要求的研究，討論了對標準厚度塊、標準圓管的檢驗方法，并對超聲波測厚儀校準方法提出了一些建議。

【關鍵詞】 超聲波測厚儀 校準 標準厚度塊 標準圓管

超聲波測厚儀可用在生產設備中各種管道、壓力容器的壁厚以及大面積的板材厚度的測量。對于金屬、塑料、陶瓷、玻璃、尼龍及其他任何超聲波的良導體，只要有上、下平行的兩個表面，就可用超聲波測厚儀測量其厚度。其原理是：探頭發射的超聲波脈沖到達被測物體并在物體中傳播，到達材料分界面時被反射回探頭，通過測量超聲波在材料中傳播的時間來確定被測材料的厚度。

本文主要針對JJF 1126-2004《超聲波測厚儀校準規范》（以下簡稱規范）中，分辨力0.1mm和0.01mm的超聲波測厚儀在校準時常遇到的問題及解決方法做一些簡單的介紹。

1 標準厚度塊、標準圓管的要求及質量控制

（1）超聲波測厚儀示值校準用的標準厚度塊標準圓管按規范技術要求選用。標準厚度塊按規范附錄B、標準圓管按規范附錄C控制幾何尺寸。材料選用45#鋼制作。工作面的表面粗糙度要求：Ra0.40μm

（2）標準厚度塊中心長度及兩工作面的平行度（尺寸變動量）的檢驗

標準厚度塊標稱值等于（0.5～15）mm時，尺寸允許偏差±0.01mm；標稱值等于（20～75）mm時，尺寸允許偏差±0.02mm；標稱值等于（100～200）mm時，尺寸允許偏差±0.05mm。用4等量塊、立式光學計以比較法測量。采用球面測帽如圖1所示均勻分布的5個點上進行測量，各點尺寸偏差均不應超過上述規定；最大尺寸與最小尺寸之差不應超過5μm。

圖1 檢測標準厚度塊尺寸及變動量示意圖

（3）標準圓管壁厚的檢驗

超聲波測厚儀示值校準用的標準圓管共有2個。外徑φ30mm±0.05mm時，壁厚標稱值等于2mm；外徑φ40mm±0.05mm時，壁厚標稱值等于3mm。壁厚允許偏差均為±0.02mm。用萬能測長儀測量其外徑與內徑。建議分上、中、下3個部位測量，如圖2所示。

圖2 檢測標準圓管示意圖

測量內徑下部位時，由于標準圓管長度L=40mm，測鉤形狀所限，測量下部位時阻礙，可將標準圓管調轉180°（上下調轉）測量。（外徑實際值-內徑實際值）/2=壁厚（取平均值作為壁厚的實際值）。再用（0～25）mm壁厚千分尺均勻分布3個點，測量標準圓管壁厚，以檢驗標準圓管壁厚的均勻性是否滿足要求。

2 校準時應注意的問題

（1）校準前應先了解所校準的超聲波測厚儀的主要功能，按所規定的程序進行校準。由于超聲波測厚儀生產廠家較多，各生產廠的功能設置略有不同，故在校準前應先閱讀相應的《使用說明書》，以防誤判。

開機后，將聲速調整到5900m/s，待儀器進入校準狀態下，將耦合劑涂敷在5.5mm標準厚度塊的中心位置上，直到儀器屏幕顯示5.5mm即校準完畢。每次開機均需此項校準。也可直接用儀器的隨機校準厚度塊進行此項校準，但隨機校準厚度塊必需檢測，驗證是否滿足規范附錄B的技術要求。其他校準項目如：重復性、示值誤差、曲面壁厚測量的示值誤差、厚度校準的微調范圍、變換聲速的厚度示值誤差、示值穩定性等還應按規范逐項進行校準。

超聲波測厚儀一般都帶有耦合狀態提示功能，通過觀察其穩定狀態可知耦合是否正常。耦合劑一般可選用醫用耦合劑即可。

（2）校準時應根據不同被測材料，對應設定聲速。如果希望測量某種材料的聲速，可利用已知標準厚度塊的厚度值測量聲速。避免了查表或換算的麻煩。

（3）為了防止標準厚度塊、標準圓管、超聲波測厚儀探頭以及隨機校準厚度塊生銹。在每次校準完畢后，應將耦合劑擦干凈再涂上少許機油。當再次使用時將機油擦干凈后，即可進行正常校準工作。如果采用醫用凡士林加變壓器油煮去水分來做耦合劑，可以省去上述步驟。因為凡士林加變壓器油煮去水分后，本身就有防繡功能。

3 校準示值穩定性實例

用探頭測量任一標準厚度塊或儀器隨機校準厚度塊，記下第一次示值，其后每隔15min重復測量一次，連續觀察1h，取示值之間的最大差值為示值穩定性。

本實例超聲波測厚儀分辨力0.01mm，測量標準厚度塊5mm，結果如表1所示。

表1

4 校準變換聲速的厚度示值誤差實例

將儀器的聲速分別設置在3900m/s和7900m/s，測量10 mm標準厚度塊，每個聲速下各測量3次，得到對應聲速的平均值[H01]和[H02]，根據折合厚度的理論值[H01]=6.61mm（3900m/s），[H02]=13.39mm（7900m/s），按下式計算變換聲速后的厚度示值誤差：

聲速為3900m/s時的厚度示值誤差：[δH01=H01-H01]

聲速為7900m/s時的厚度示值誤差：[δH02=H02-H02]

結果如表2所示。

表2

5 結果與討論

采用上述方法，解決了超聲波測厚儀在校準時遇到的實際問題，簡便易行，滿足規范要求，供參考。超聲波測厚儀示值誤差的校準，規范中已規定的很明確，在這里就不展開討論了。

參考文獻：

[1]中華人民共和國國家計量技術規范JJF 1126-2004《超聲波測厚儀校準規范》

[2]中華人民共和國國家計量檢定規程JJG 21-2008《千分尺檢定規程》