ضخامت سنج یک ابزار برای انجام تست‌های اساسی بدون تخریب است، که جهت اندازه گیری ضخامت در شرایطی که به سطح جسم دسترسی داریم بکار میرود. این ضخامت سنج ها را میتوان از نظر تکنولوژی ساخت به انواع زیر تقسیم کرد.
1- 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(صفحه)، لوله یا شمش را اندازه گیری می نمایند. این دستگاه میتواند به صورت تک کاناله و دو یا چند کاناله ضخامت یک یا چند نقطه از صفحه یا قطعه را به صورت آنلاین و روی خط تولید اندازه گیری کرده بر روی نمایشگر نشان دهد.
2- ضخامت سنج پرتویی ابزاریست که در صنایع خودروسازی، کارخانجات فولاد، ماشین سازی، پتروشیمی، سیمان و لوله سازی و حتی تکنولوژی هسته ای و … کاربرد گسترده ای دارد که از آن جمله می توان به آزمون های غیر تخریبی و آنالیز ترکیبات و ساختار مواد اشاره نمود. این تجهیزات در اندازه گیری ضخامت محصولات ورقه ای مانند کاغذ، فولاد، آلومینیوم، لاستیک، پلاستیک، پوشش ها و آبکاری‌ها کاربرد دارند، که بر اساس خاصیت انتقالی و پراکندگی بازتاب پرتو ها طراحی و ساخته میشود.
3- ضخامت سنج مغناطیسی که عمدتا به نام ضخامت سنج رنگ و پوشش یا ضخامت سنج رنگ خودرو شناخته می شوند، كاربرد عمده ای در اندازه گيری پوشش های روی سطوح به صورت مايع و يا پودری دارند. به علاوه بر روی سطوح زیرین، رنگ کاری شده(زیر آیندهای) آهنی و فولادی كه آبكاری كروم٬ روی٬ كادميوم و فسفاته شده اند، نیز استفاده میشود.
4- ضخامت سنج جریان گردابی دارای كاربردهای عمومی تری جهت ضخامت سنجی پوشش ها میباشد که شامل پوشش مايع و پودری بر روی آلومينيوم و فولاد ضد زنگ غيرمغناطيسی همچنين بر روی آلومينيوم آنودايز شده میباشد.
بسياری از ضخامت سنج های امروزی بر اساس تركيبی از هر دو مکانیزم القای مغناطيسی و جريان گردابی كار میكنند. این امر سبب میشود 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 شكلهای پيچيده مواجه هستيم. کاربر بایستی از پروب های مختلف و جداگانه ای که در فروشگاه سیانکو عرضه میشود استفاده کند.
به عنوان مثال در یک ضخامت سنج سنجش ضخامت پوشش قطر داخلی يك لوله ممكن است نياز به پراب 90 درجه 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.
5- ضخامت سنج اولتراسونیک Ultrasonic thickness gauge که به نام ضخامت سنج فلزات و یا ضخامت سنج لوله شناخته می شود.
از ضخامت سنج های اولتراسونیک به منظور اندازه گیری و سنجش ضخامت فلزات، سرامیک ها، کامپوزیت، پلاستیک و … استفاده میشود. یکی از مهمترین و بارزترین ویژگیهای 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 به منظور اندازه گیری ضخامت اجسام نظیر لوله میبایست از کولیس استفاده می شد که این امر سبب برش نمونه میشد 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 میتوان 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 جهت 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 بدنه نمونه با احتساب زمان آن، با استفاده از فرمول ضخامت قطعه را تعیین می کند. به همین دلیل بایستی ضخامت نازکی از آب روی سطح قطعه قرار داد تا این رسانایی سبب عبور امواج گردد. اساس کار تمامی ضخامت سنج های های ماوراء صوت بر پایه اندازه گیری بازه زمانی عبور پالسهای فرکانس صوتی از میان ماده مورد آزمایش است. فرکانس یا گام این پالسهای صوتی فراتر از حد شنوایی انسان است (به طور کلی یک تا بیست میلیون سیکل در ثانیه، در مقابل گوش انسان که حدود بیست هزار است). این امواج فرکانس بالا توسط وسیله ای تولید و دریافت می شوند که مبدل ماوراء صوت نامیده می شود؛ مبدل 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. این تجهیزات قالبا 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 باز می گردند. دستگاه بازه زمانی بین پالس مرجع اولیه را با انعکاس آن به دقت اندازه گیری می کند. به طور نمونه این بازه زمانی تنها یک میلیونیم ثانیه است. اگر ضخامت سنج 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
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 بتواند فلزات، پلاستیک، سرامیک ها، کامپوزیت ها، اپوکسی ها و شیشه را اندازه گیری کند. همچنین نمونه های بیولوژیک و مایع را نیز میتوان با این روش اندازه گیری کرد. موادی که مناسب نیستند شامل چوب ، کاغذ ، بتن و فوم است که به این روش ضخامت سنجی نمی شوند.
با این روش اندازه گیری آنلاین یا همزمان پلاستیکهای 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 مجهز به 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 می باشد. سنسور تحت کنترل یک میکرو کنترلر، یک پالس PWM محرک را به مبدل موج میفرستد. پالس التراسونیک (ماوراء صوت) به وسیله مبدل فرستنده که به نمونه تست متصل شده، تولید میشود. 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 میشود. غالبا این روند چندین بار تکرار می شود تا مقداری متوسط و پایدار بدست آید.
سپس میکروپروسسور از این بازه زمانی را همراه با سرعت صوت و داده های ذخیره شده در حافظه دستگاه استفاده می کند تا ضخامت را اندازه گیری کند. این ضخامت سپس بر روی نمایشگر نمایش داده شده و به طور متناوب به روز میشود. 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
مبدل تماسی :
ضخامت سنج هایی که از مبدلهای تماس مستقیم استفاده میکنند به طور کلی از اجرا ساده ای تشکیل شده اند و به طور گسترده ای در اندازه گیری های صنعتی بکار میروند. بازه های زمانی عبارت اند از پالسهای 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 میشوند.
مبدل 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 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 دو حالت 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 میکند.
مبدل شناور :
مبدلهای 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 .
مبدل 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.
