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环境干扰对超声波测厚仪测量结果有哪些具体影响?

2025-08-25
环境干扰是导致超声波测厚仪测量结果不准确的重要因素,其影响主要通过干扰声波传播、影响设备电子元件稳定性破坏探头与试样的耦合状态实现。以下是具体的环境因素及对应的影响表现:

一、温度干扰

温度是对测量结果影响最显著的环境因素,主要通过改变材料声速破坏耦合状态产生影响:

  1. 试样温度过高或过低
    • 对声速的影响
      超声波在材料中的传播速度随温度变化而改变(金属材料尤为明显)。例如:

      • 钢在常温(20℃)下声速约 5900m/s,当温度升至 300℃时,声速会降至约 5700m/s(下降约 3.4%)。若仪器仍按常温声速计算,测量值会偏大(因公式中 “厚度 = 声速 × 时间 / 2”,声速设高则结果偏大)。

      • 低温环境(如 - 20℃)下,部分金属(如铝)声速略有上升,可能导致测量值偏小。


    • 对耦合剂的影响

      • 高温(>60℃)会使耦合剂(如甘油、机油)快速蒸发、干涸,或因粘度下降失去粘性,导致探头与试样间出现空气间隙(空气对超声波反射极强),表现为读数骤降、无信号或显示 “Err”

      • 低温(<0℃)会使水基耦合剂(如清水、水玻璃)冻结,形成固态隔离层,完全阻断声波传播,导致无法测量


  2. 环境温度剧烈波动
    如在室外阳光下与阴凉处快速切换,或室内空调冷风直吹仪器,会导致测厚仪内部电子元件(如计时电路、探头晶片)温度不稳定,引起信号漂移。表现为:同一位置短时间内多次测量,读数波动超过 ±0.1mm(正常应≤±0.05mm)。

二、振动与冲击干扰

  1. 外部振动(如设备运行、人员走动)
    • 振动会导致探头与试样表面接触不稳定(轻微滑动或脱离),使声波传播路径忽断忽续,底波信号时强时弱。

    • 表现为:读数剧烈跳动(如从 5mm 瞬间跳到 10mm 再跳回),或出现 “虚假底波”(振动导致的杂波被仪器误判为反射波)。

  2. 冲击(如碰撞探头或试样)
    • 测量时若探头被意外碰撞,会导致晶片瞬间位移,发射的超声波方向偏移,无法垂直入射试样,声波传播路径变长或散射。

    • 表现为:单次测量值突然偏大(偏移导致路径变长),或后续测量持续不稳定(探头晶片轻微损坏)。

三、电磁干扰

超声波测厚仪(尤其数字式)内部有精密电子电路,易受强电磁信号干扰:

  1. 高频电磁辐射(如电焊机、高频炉、对讲机)
    • 此类设备会释放电磁波,干扰测厚仪的信号接收电路,导致底波信号被淹没在噪声中

    • 表现为:屏幕显示值乱码、无规律跳动,或正常厚度区域显示 “超量程”(如实际 5mm 显示 999mm)。

  2. 静电干扰
    • 干燥环境(如冬季北方车间)中,人员穿戴化纤衣物接触仪器或探头时,可能产生静电放电,瞬间击穿仪器内部弱电元件,导致电路故障

    • 短期表现为:读数归零或固定值不变;长期可能损坏探头或主板,需维修更换。

四、声场干扰(多探头或反射物影响)

  1. 多探头同时工作
    若在同一区域使用多个超声波测厚仪(如多人同时检测同一设备),不同探头发射的声波会相互叠加、反射,形成干扰波。仪器可能误将其他探头的反射波判为 “底波”,导致测量值偏大(干扰波路径更长)
  2. 周围存在强反射物
    如试样附近有金属板、管道等,超声波可能绕过试样边缘,经反射物二次反射后回到探头,被误判为 “底面反射波”。例如:检测 10mm 厚钢板时,旁边 50mm 处有另一块钢板,干扰波传播路径变长,可能显示 “20mm”(实际为干扰波路径的一半)。

五、光照与湿度干扰

  1. 强光直射(如阳光、强光手电筒)
    • 部分老式模拟测厚仪的显示屏或信号指示灯易受强光干扰,导致操作人员误读数值(如将 “3.8mm” 看成 “5.8mm”)。

    • 对数字式仪器,强光若直射探头表面(尤其非金属外壳探头),可能因热效应导致晶片温度局部升高,短期改变声速,引起读数偏差(通常偏小 0.1~0.3mm)。

  2. 高湿度环境(如潮湿车间、雨天室外)
    • 湿度>85% 时,试样表面易凝结水珠(尤其低温试样),水珠会与耦合剂混合,改变耦合层的声阻抗(水的声阻抗约 1.5×10⁶kg/(m²・s),钢约 45×10⁶,差异过大会导致声波衰减增加),表现为信号减弱、读数偏小

    • 高湿度还可能导致测厚仪外壳漏电、内部电路受潮短路,引发仪器死机或测量精度永久性下降


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