Jauges d'épaisseur à ultrasons

Instruments à ultrasons pour les mesures d'épaisseur

Les jauges d'épaisseur à ultrasons sont utilisées pour mesurer l'épaisseur des matériaux en accédant à un seul côté du mur utilisant des ondes ultrasonores.

Lorsqu'une onde ultrasonique est envoyée à travers le matériau, ce signal est réfléchi par la paroi arrière du matériau et reçu par la sonde de jauge d'épaisseur. Le délai entre l'envoi et la réception du signal peut être utilisé pour calculer l'épaisseur du matériau.

Pour pouvoir mesurer l'épaisseur d'un mur avec un appareil à ultrasons, le matériau doit être homogène et compact. Presque tous les métaux conviennent à la mesure avec une jauge d'épaisseur à ultrasons, ainsi que d'autres matériaux tels que le verre, les plastiques et même certains types de caoutchouc.

La jauge d'épaisseur à ultrasons est utilisée en maintenance préventive, en maintenance ordinaire, lors d'essais non destructifs ou pour la réception de matériaux en phase de production.

Le choix du compteur à ultrasons doit être basé sur l'application à traiter. Vous pouvez choisir des instruments avec une sonde générique, adaptés à de nombreuses applications, ou des instruments avec des sondes interchangeables et qui peuvent être adaptés à des applications spécifiques (haute température, présence de peintures, grande surface de mesure, matériaux particulièrement difficiles à mesurer en raison de moyenne et basse densité).

Jauges d'épaisseur à ultrasons avec affichage numérique

Jauges d'épaisseur à ultrasons avec affichage graphique

Jauges d'épaisseur à ultrasons pour une utilisation sous l'eau

PROFONDEUR TECHNIQUE

Applications typiques

Les applications les plus courantes dans lesquelles des jauges d'épaisseur à ultrasons sont utilisées sont mesure du niveau de corrosion sur les produits métalliques (réservoirs, coques de navires, grues, portiques, tuyaux, réservoirs et tôles en général).

Le métal corrodé ne transporte pas d'ondes ultrasonores car il contient de l'air.

À l'aide d'une jauge d'épaisseur à ultrasons, l'épaisseur de la partie non corrodée du métal peut être facilement mesurée.

Ceci est particulièrement utile lorsque la face arrière du matériau est hors de portée, c'est le cas de nombreuses coques de navires, tuyaux et réservoirs.

D'autres applications courantes consistent à mesurer l'épaisseur des parois des bouteilles en plastique et en verre, des canettes métalliques ou des récipients en plastique. 

Gammes de jauges d'épaisseur à ultrasons

RODER propose trois gammes d'outils différentes:

• Jauges d'épaisseur à ultrasons avec affichage numérique (adapté aux applications de mesure d'épaisseur et de contrôle de la corrosion)

• Jauges d'épaisseur à ultrasons avec affichage graphique (avec fonctions A-scan / B-scan et affichage graphique de la forme d'onde ultrasonore et des échos relatifs)

• Jauges d'épaisseur pour applications sous-marines

Principe de fonctionnement de jauges d'épaisseur à ultrasons

La jauge d'épaisseur à ultrasons est un outil utilisé pour détecter l'épaisseur des matériaux conducteurs des ultrasons de manière non destructive. Les premières applications remontent aux années 60.

Les instruments de mesure à ultrasons actuels, bien qu'utilisant des systèmes d'acquisition plus modernes et des interfaces visuelles plus avancées et complètes, exploitent le même principe physique que les premiers instruments de mesure construits au siècle dernier.

Les jauges d'épaisseur à ultrasons déterminent l'épaisseur d'un matériau grâce à une mesure précise du temps pris par une impulsion ultrasonore, générée par un transducteur piézoélectrique, pour traverser l'épaisseur d'un matériau et retourner à sa source. Le temps pris pour l'aller-retour de l'onde sonore est divisé par deux puis multiplié par la vitesse de propagation du son rapporté à ce matériau particulier.

Le transducteur contient un élément piézoélectrique qui est excité par une courte impulsion électrique pour générer un train d'ondes ultrasonores. Les ondes sonores sont couplées au matériau à tester et le traversent jusqu'à rencontrer une paroi arrière ou un autre type de matériau (air, eau, rouille, émail, etc.). Les réflexions retournent ensuite au transducteur qui convertit l'énergie sonore en énergie électrique. Fondamentalement, le transducteur intercepte l'écho du côté opposé. En règle générale, cet intervalle de temps est de quelques millionièmes de seconde. La jauge d'épaisseur à ultrasons est programmée avec la vitesse du son dans le matériau à tester, et peut ensuite calculer l'épaisseur en utilisant la relation mathématique simple

T = V x (t / 2)

où

T = épaisseur de paroi

V = la vitesse du son dans le matériau d'essai

t = le temps de transit de l'itinéraire

Dans certains cas, un décalage nul est soustrait pour tenir compte des retards fixes de l'instrument et du trajet du son (par exemple, la distance entre le traducteur ultrasonore et le point de couplage sonde-matériau).

Il est important de noter que la vitesse du son dans le matériau d'essai est une partie essentielle de ce calcul. Différents matériaux transmettent des ondes sonores à des vitesses différentes, généralement plus rapides dans les matériaux durs et plus lentes dans les matériaux souples. De plus, les vitesses du son peuvent changer considérablement avec la température. Il est donc toujours nécessaire de calibrer une jauge d'épaisseur à ultrasons pour la vitesse du son dans le matériau à mesurer, et la précision ne peut être aussi bonne que cette calibration spécifique. Cela se produit généralement en référence à un objet échantillon dont l'épaisseur est connue et certifiée. Dans le cas de mesures à haute température, il est également nécessaire de se rappeler que la vitesse du son diminue avec la température, donc pour une précision maximale, la mesure de référence doit être effectuée à la même température que l'essai «sur le terrain».

Les fréquences d'oscillation de traducteur élevées ont une longueur d'onde plus courte permettant ainsi la mesure de matériaux plus minces. Les fréquences plus basses avec une plus grande longueur d'onde pénètrent plus loin et sont utilisées pour tester des échantillons très épais ou des matériaux plus difficiles à traverser tels que la fibre de verre et les métaux fondus à gros grains (par exemple la fonte) où les ondes sonores ont un un transit moins efficace. La sélection d'une fréquence de test optimale implique souvent d'équilibrer ces deux exigences (résolution et capacité de pénétration).

Les ondes sonores de l'ordre du mégahertz ne se propagent pas efficacement dans l'air, de sorte qu'une goutte de liquide de couplage est utilisée entre le transducteur et l'échantillon afin d'obtenir une bonne transmission du son. Les couplants courants sont la glycérine, le propylène glycol, l'eau, l'huile et le gel. Seule une petite quantité est nécessaire, juste assez pour remplir l'espace extrêmement mince qui se forme entre le transducteur et le matériau à mesurer.

Avantages de la mesure ultrasonique

Mesurer sur un côté du matériau

Les jauges d'épaisseur à ultrasons sont souvent utilisées dans des situations où l'opérateur n'a accès qu'à un seul côté du matériau, comme dans le cas de tuyaux ou de conduits, ou dans les cas où une simple mesure mécanique est impossible ou peu pratique pour d'autres raisons telles que la taille construction excessive, restrictions d'accès ou impraticabilité mécanique (par exemple au centre de grandes feuilles ou sur des bobines de feuilles où les spires sont enroulées les unes sur les autres). Le simple fait que les mesures d'épaisseur avec la technologie à ultrasons puissent être effectuées facilement et rapidement d'un côté, sans avoir besoin de couper des pièces, est l'un des principaux avantages de cette technologie.

Mesure non destructive

Aucune découpe ou sectionnement des pièces n'est requise, ce qui permet d'économiser les coûts de rebut et de préparation de l'échantillon.

Très fiable

Les échomètres numériques modernes sont très précis, reproductibles et fiables et, dans de nombreux cas, adaptés à une utilisation même par du personnel non qualifié.

Polyvalent

Presque tous les matériaux d'ingénierie courants peuvent être mesurés avec les configurations appropriées: métaux, nombreux plastiques, composites, fibre de verre, verre, fibre de carbone, céramique et caoutchouc. 
La plupart des jauges d'épaisseur à ultrasons peuvent être préprogrammées à de multiples fins d'utilisation

Large plage de mesure

Des jauges à ultrasons sont disponibles pour des plages de mesure de 0,2 mm à 500 mm selon le matériau et le type de transducteur. Des résolutions jusqu'à 0,001 mm peuvent être atteintes.

Facile à utiliser

La grande majorité des applications utilisant des jauges d'épaisseur à ultrasons nécessitent des configurations préprogrammées simples et une faible interaction de l'opérateur.

Réponse immédiate

La mesure par ultrasons est généralement effectuée en seulement une ou deux secondes pour chaque point de mesure et les résultats numériques sont immédiatement affichés sous forme de lecture numérique de l'affichage.

Compatible avec les programmes d'enregistrement de données et d'analyse statistique

La plupart des jauges d'épaisseur à ultrasons portables modernes offrent à la fois un enregistreur de données local pour les données de mesure et des ports USB ou RS232 pour transférer les mesures vers un ordinateur externe pour le stockage et une analyse plus approfondie.

Le choix de la sonde et de l'instrument

Pour chaque application de mesure par ultrasons, le choix d'un instrument et d'un transducteur appropriés est fondamental, en fonction du type de matériau d'essai, de sa plage d'épaisseur, du degré de précision requis par la mesure. Il est également nécessaire de prendre en compte la géométrie de la pièce, la température et toute autre circonstance spéciale pouvant affecter la configuration du test.

En général, la meilleure sonde pour chaque type de mesure est celle qui parvient à envoyer suffisamment d'énergie ultrasonore dans le matériau, étant donné que l'instrument doit recevoir un écho de retour adéquat. Les facteurs qui influencent la propagation des ultrasons sont multiples.

Force du signal de sortie

Plus le signal de sortie est fort, plus l'écho de retour à détecter et à traiter est fort. Ce paramètre dépend essentiellement de la taille du composant de la sonde émettant les ultrasons et de la fréquence de résonance du transducteur.

Une grande surface d'émission, combinée à une grande surface de couplage avec le matériau testé, enverra une plus grande quantité d'énergie dans le matériau qu'une zone d'émission plus petite.

Absorption et dispersion

Lorsqu'une échographie traverse un matériau, une partie de l'énergie émise est absorbée par le matériau lui-même. Si le matériau de l'échantillon a une structure granulaire, l'onde ultrasonore subira un effet de dispersion et d'atténuation. Ces deux phénomènes entraînent une réduction de l'énergie ultrasonore et par conséquent la capacité de l'instrument à percevoir l'écho de retour. Les ultrasons à haute fréquence souffrent davantage des effets de dispersion que les ondes à basse fréquence.   

Température du matériau

La vitesse de propagation du son dans un matériau est inversement proportionnelle à sa température. Lorsqu'il est nécessaire de mesurer des échantillons avec une température de surface élevée, jusqu'à un maximum de 350 ° C, des sondes conçues spécifiquement pour des mesures à haute température doivent être utilisées. Ces sondes particulières sont construites à l'aide de procédés et de matériaux spéciaux, qui leur permettent de résister aux contraintes physiques des températures élevées sans être endommagées.

Couplage sonde / surface

Un autre paramètre très important est le couplage entre la surface testée et la pointe de la sonde. Une bonne adhérence entre les deux surfaces garantit que l'instrument fonctionne au mieux et fournit une mesure fiable et réaliste. Pour cette raison, il est recommandé de s'assurer avant chaque mesure que la surface et la sonde sont exemptes de poussière, de résidus et de saleté.

Pour garantir un excellent couplage et éliminer la fine couche d'air entre la sonde et la surface, il est nécessaire d'utiliser un liquide de couplage.

Type de sonde

Tous les transducteurs qui sont couramment utilisés avec des jauges d'épaisseur à ultrasons incorporent un élément en céramique résonnant et diffèrent par la manière dont ce traducteur est couplé au matériau testé.

Capteurs de contact: les capteurs de contact sont utilisés en contact direct avec l'échantillon. Une fine «plaque d'usure» protège l'élément actif des dommages lors d'une utilisation normale. Les mesures par transducteur de contact sont souvent les plus simples à réaliser et constituent généralement la première solution pour la plupart des applications de mesure d'épaisseur ou de corrosion.

Capteurs DELAY LINE: Les transducteurs de ligne à retard incorporent un cylindre en plastique, généralement en époxy ou en silice fondue, utilisé comme ligne à retard entre l'élément actif et l'éprouvette. L'une des principales raisons de leur utilisation est pour les mesures de matériaux minces, où il est important de séparer l'impulsion d'excitation des échos «de fond». De plus, une ligne à retard peut être utilisée comme isolant thermique, protégeant l'élément transducteur sensible à la chaleur d'un contact direct avec le matériau chaud. Enfin, les lignes à retard peuvent être façonnées pour améliorer le couplage des ultrasons dans les espaces confinés.

Transducteurs à immersion: Les transducteurs à immersion utilisent une colonne ou un bain-marie pour se coupler au matériau. Ils peuvent être utilisés pour des mesures en ligne directement sur la ligne de production ou pour mesurer des produits en mouvement

Capteurs à double élément: Les capteurs à double élément, ou simplement «double», sont principalement utilisés pour les mesures effectuées sur des surfaces rugueuses ou corrodées. Ils comprennent une émission et une réception séparées, avec deux éléments montés sur une ligne à retard à un petit angle pour concentrer l'énergie sonore à une distance précise sous la surface d'une éprouvette. Bien que les mesures avec des transducteurs doubles soient parfois moins précises que celles effectuées avec d'autres types de transducteurs, elles fournissent généralement des performances nettement meilleures dans les applications de contrôle de la corrosion et là où il y a de nombreuses irrégularités dans les surfaces des matériaux.

Limites des jauges d'épaisseur à ultrasons

L'une des principales limites des jauges d'épaisseur à ultrasons réside dans l'incapacité de mesurer des matériaux qui ne sont pas compacts ou qui ne sont pas homogènes.

La présence de micro-bulles (comme par exemple dans les matériaux expansés ou dans certains types de pièces moulées en fonte) ou de micro-discontinuités peut conduire à une atténuation importante de l'écho de retour et donc à l'impossibilité de déterminer avec précision la mesure épais. Dans certains cas, l'écho de retour n'est même pas présent car il est complètement dispersé dans les "micro-cavités" du matériau.

De plus, la mesure dans des matériaux non homogènes (stratifiés multiples, agglomérats bitumineux, résines chargées en fibres de verre, béton, bois, granites), tout en offrant la possibilité de déterminer le temps de transit de l'écho ultrasonore, ne permet pas de déterminer l'épaisseur. du matériau de manière unique en raison de la présence de plusieurs matériaux qui contribuent de différentes manières à la propagation de l'écho.

Utilisation avancée des technologies de mesure et d'analyse par ultrasons

Certains types d'instruments de mesure à ultrasons, en particulier ceux équipés d'un affichage graphique, sont capables de réaliser une analyse détaillée de la forme d'onde de l'ultrason reçu et permettent donc un meilleur contrôle des paramètres impliqués dans la mesure d'épaisseur par ultrasons (amplification , gain, seuil).

Voici les détails de quelques représentations graphiques et numériques des données obtenues par un instrument avec des caractéristiques d'analyse avancées des ultrasons reçus.

A-SCAN - Mode RF

Le mode RF affiche la forme d'onde semblable à un oscilloscope. Il affiche à la fois des pics positifs et négatifs. Le pic (positif et négatif) sélectionné pour la mesure est indiqué dans la partie supérieure de l'écran. C'est le mode préféré pour la mesure précise d'objets fins à l'aide d'un transducteur à crayon. Il est important de noter que la mesure doit tenir dans l'affichage visible pour voir la forme d'onde. Cependant, même si la forme d'onde est hors de l'affichage visible, elle peut toujours être mesurée et visualisée en mode numérique. Si l'onde est désactivée, il est possible de changer la plage manuellement en ajustant les valeurs de retard et de largeur ou d'utiliser la fonction de recherche automatique située dans le menu UTIL.

Voici une liste des fonctionnalités visibles à l'écran: 

A) Stabilité de l'indicateur de lecture : indique la stabilité de l'écho de retour sur une échelle de 1 à 6 - la barre affichée dans l'image ci-dessus indique le signal de répétabilité. Si l'instrument affiche une lecture de la mémoire, l'indicateur de répétabilité sera remplacé par le texte MEM

B) Indicateur de niveau de batterie : Le symbole de batterie entièrement coloré signifie que la batterie est complètement chargée. Remarque: dans l'image ci-dessus, la batterie est à 50%

C) Lecture d'épaisseur : lecture numérique d'épaisseur (en pouces ou millimètres)

D) Indicateur de détection : la ligne pointillée verticale affiche le point de détection du passage à zéro sur la forme d'onde où la mesure a été obtenue. Notez que la lecture numérique de l'épaisseur est la même que l'emplacement de l'indicateur de relèvement selon les valeurs F indiquées dans l'image

E) Signal d'écho : Représentation graphique de la forme d'onde de l'écho dessinée sur l'axe Y en référence à l'amplitude et sur l'axe X en référence au temps.

F) Étiquettes de mesure : Les étiquettes de mesure sont calculées sur la base du jeu de retard (côté gauche de l'écran) et sur la base du jeu de paramètres Largeur (valeur de largeur pour chaque marque de référence)

G) Unités de mesure : Affiche l'unité de mesure actuelle.

H) Menu chaud: Chaque emplacement affiché sous la forme d'onde est appelé «menu instantané». Ces emplacements permettent un affichage rapide de tous les paramètres significatifs de l'instrument.

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A-SCAN - Mode rectifié

Le mode A-Scan rectifié affiche une demi-forme d'onde. Les pics positifs et négatifs sont affichés en fonction de la polarité sélectionnée. Il s'agit de la meilleure vue d'affichage pour les applications de détection d'erreur. Il est important de noter que la mesure doit tenir dans l'affichage visible pour voir la forme d'onde. Cependant, même si la forme d'onde est hors de l'affichage visible, elle peut toujours être mesurée et visualisée en mode numérique. Si l'onde est hors de l'affichage, vous pouvez changer la plage manuellement en ajustant les valeurs de retard et de largeur ou utiliser la fonction Recherche automatique située dans le menu UTIL.

Voici une liste des fonctionnalités visibles à l'écran: 

A) Stabilité de l'indicateur de lecture: indique la stabilité de l'écho de retour sur une échelle de 1 à 6 - la barre affichée dans l'image ci-dessus indique le signal de répétabilité. Si le PVX affiche une lecture de la mémoire, l'indicateur de répétabilité sera remplacé par le texte MEM

B) Indicateur de niveau de batterie: le symbole de batterie entièrement coloré signifie que la batterie est complètement chargée. Remarque: dans l'image ci-dessus, la batterie est à 50%

C) Lecture d'épaisseur: lecture numérique de l'épaisseur (en pouces ou millimètres)

D) Indicateur de détection: la ligne pointillée verticale affiche le point de détection du passage à zéro sur la forme d'onde où la mesure a été obtenue. Notez que la lecture numérique de l'épaisseur est la même que l'emplacement de l'indicateur de relèvement selon les valeurs F indiquées dans l'image

E) Signal d'écho: Représentation graphique de la forme d'onde de l'écho dessinée sur l'axe Y en référence à l'amplitude et sur l'axe X en référence au temps.

F) Étiquettes de mesure : Les étiquettes de mesure sont calculées sur la base du jeu de retard (côté gauche de l'écran) et sur la base du jeu de paramètres Largeur (valeur de largeur pour chaque marque de référence)

G) Unités de mesure : Affiche l'unité de mesure actuelle.

H) Menu chaud: Chaque emplacement affiché sous la forme d'onde est appelé «menu instantané». Ces emplacements permettent un affichage rapide de tous les paramètres significatifs de l'instrument.

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B-SCAN

Le mode B-Scan affiche une vue en coupe de la section du matériau à mesurer. Cette vue est couramment utilisée pour visualiser le contour inférieur ou aveugle de la surface du matériau. Il est très similaire au détecteur de poisson. Si un défaut est localisé pendant un scan, le B-Scan le dessinera à l'écran. Le rectangle (E) représente la section transversale du matériau. Vous remarquerez que l'épaisseur totale du matériau sera de 500 "et la plage d'affichage de 0.00" à 1.00 "respectivement. Les images s'affichent à raison de 15 secondes par écran de droite à gauche Notez également qu'au point J l'épaisseur diminue brutalement.

Il est important de définir largement la plage de mesure sur l'écran afin que l'épaisseur maximale du matériau soit visible. 

Voici une liste des fonctionnalités visibles à l'écran: 

A) Stabilité de l'indicateur de lecture : indique la stabilité de l'écho de retour sur une échelle de 1 à 6 - la barre affichée dans l'image ci-dessus indique le signal de répétabilité. Si le PVX affiche une lecture de la mémoire, l'indicateur de répétabilité sera remplacé par le texte MEM

B) Indicateur de niveau de batterie : Le symbole de batterie entièrement coloré signifie que la batterie est complètement chargée. Remarque: dans l'image ci-dessus, la batterie est à 50%

C) Lecture d'épaisseur : lecture numérique d'épaisseur (en pouces ou millimètres)

D) Zone d'affichage B-SCAN: C'est la zone où le B-scan est affiché

E) Graphique B-scan : Zone d'affichage du graphique B-scan La numérisation B-scan s'affiche de droite à gauche à raison de 15 secondes par numérisation.

F) Étiquettes de mesure : Les étiquettes de mesure sont calculées sur la base du jeu de retard (côté gauche de l'écran) et sur la base du jeu de paramètres Largeur (valeur de largeur pour chaque marque de référence)

G) Unités de mesure : Affiche l'unité de mesure actuelle.

H) Menu chaud: Chaque emplacement affiché sous la forme d'onde est appelé «menu instantané». Ces emplacements permettent un affichage rapide de tous les paramètres significatifs de l'instrument.

 I) Barre de numérisation: La barre de balayage représente graphiquement la valeur d'épaisseur mesurée et représentée dans le graphique de balayage B. Elle est très utile pour trouver des défauts avec des balayages directs sur le matériau.

J) préciser: La vue B-scan vous permet de voir le profil du matériau du côté opposé au côté mesure.

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DIGITS

L'affichage DIGIT vous permet de visualiser la valeur d'épaisseur actuelle à l'aide de grands caractères facilement visibles. La barre de numérisation a été ajoutée pour permettre à l'opérateur de détecter les défauts et irrégularités lors des opérations de numérisation.

Ceci est la liste des fonctionnalités de la fonction d'affichage en chiffres.

A) Stabilité de l'indicateur de lecture : indique la stabilité de l'écho de retour sur une échelle de 1 à 6 - la barre affichée dans l'image ci-dessus indique le signal de répétabilité. Si le PVX affiche une lecture de la mémoire, l'indicateur de répétabilité sera remplacé par le texte MEM

B) Indicateur de niveau de batterie : Le symbole de batterie entièrement coloré signifie que la batterie est complètement chargée. Remarque: dans l'image ci-dessus, la batterie est à 50%

C) Lecture d'épaisseur : lecture numérique d'épaisseur (en pouces ou millimètres)

D) Zone d'affichage des CHIFFRES: C'est la zone où l'épaisseur est affichée

F) Étiquettes de mesure : Les étiquettes de mesure sont calculées sur la base du jeu de retard (côté gauche de l'écran) et sur la base du jeu de paramètres Largeur (valeur de largeur pour chaque marque de référence)

G) Barre de numérisation : La barre de balayage correspond directement à la valeur d'épaisseur. Cet écran est largement utilisé pour numériser des documents avec la fonction B-SCAN. Il est très facile d'observer la présence de défauts à l'aide de la barre de scan.
H) Menu chaud: Chaque emplacement affiché sous la forme d'onde est appelé «menu instantané». Ces emplacements permettent un affichage rapide de tous les paramètres significatifs de l'instrument.