تست UT ( آزمون فراصوتی )

تست UT  ( آزمون فراصوتی )

 

 آزمون فراصوتی یکی از آزمایش های نسبتا پیشرفته در ردهء آزمایش های غیر مخرب می باشد . این روش سریع بوده و قادر به تشخیص معایب داخلی بدون نیاز به تخریب قطعهء جوش شده می باشد . چون این روش از نزدیک کنترل می شود ، قابلیت ارائه اطلاعات دقیق و مورد نیاز قطعهء جوش شده ، بدون نیاز به یک سری عملیات پر کار را دارا می باشد . این روش هم معایب سطحی و هم نواقص داخلی فلز جوش و فلز پایه را مشخص ، مکان یابی و اندازه گیری می کند . آزمایش فراصوتی توسط موج منتشر شده از یک مبدل ( بلور کوارتز ) که مشابه یک موج صوتی ولی با گام و فرکانس بالاتری است ، انجام می شود . موج های فراصوتی از داخل قطعهء مورد آزمایش عبور داده می شوند و با هر گونه تغییر در تراکم داخلی قطعه ، منعکس می شوند . این موج ها توسط یک مبدل ( بلور کوارتز که تحت جریان متناوب قرار داد ) که به یک واحد جست و جوگر متصل شده ، تولید می شوند . امواج منعکس شده ( پژواک ها ) به صورت بر جستگی هایی نسبت به خط مبنا ، بر روی صفحه نمایش دستگاه ، ظاهر می شوند .

 

  هنگامی که واحد جست و جوگر به مصالح مورد نظر متصل می شود ، دو نوع پژواک بر روی صفحه نمایش ظاهر می شود . ضربان اول ، انعکاس صدا از سطح رویی جسم که در تماس با دستگاه است ، می باشد و ضربان دوم مربوط به انعکاس موج از سطح مقابل است . فاصله بین این دو ضربان با دقت کالیبره می شود . این الگو نشان می دهد که مصالح در شرایط مناسبی از نظر معایب و نواقص داخلی قرار دارد . هنگامی که یک عیب یا ترک داخلی توسط واحد جست و جو پیدا شود ، تولید ضربان سومی می کند که بین ضربان اول و دوم بر روی صفحه نمایش ثبت می شود .

 

 بنابراین مشخص می شود که محل این عیب بین سطوح بالا و پایین مصالح ( در داخل جسم مصالح ) می باشد . فاصله میان ضربان ها و ارتفاع نسبی آنها محل و میزان سختی

 

تراکم  عیب مزبور را مشخص می کند .

 

 نوع نمایش تصویری در آزمون فراصوتی

 

 اطلاعاتی را که طی آزمون فراصوتی بدست می آیند به چند طریق می توان به صورت تصویر نمایش داد .

 

 الف ) نمایش تصویری A

 

 معمول ترین سیستمی که مورد استفاده قرار می گیرد نمایش تصویری روبشی A است . یک موج ناقص در سمت چپ صفحهء اسیلوسکوپ ظاهر می شود که مربوط به پالس اولیه است ، موج های ناقص دیگری نیز روی صفحهء اسیلوسکوپ ظاهر می شوند که مربوط به علامت پژواک های دریافتی هستند . ارتفاع پژواک معمولا متناسب با اندازهء سطح بازتاب است ، ولی مسافتی که علامت طی می کند و اثرات تضعیف درون ماده روی آن تاثیر دارد . در هر صورت ، با فرض یک مبنای خطی زمان ، موقعیت خطی ( پالس ) پژواک متناسب با فاصلهء سطح بازتاب از پروب است . این نوع نمایش تصویری در تکنیک های بازرسی با پروب دستی معمول است .

 

 از معایب نمایش تصویری روبشی A این است که ثبت دائم تصویر ممکن نیست ، مگر اینکه از تصویر اسیلواسکوپ عکس گرفته شود ، البته دستگاه های جدید پیشرفته دارای وسایل ثبت دیجیتال هستند .

 

 

 

 ب ) نمایش تصویری B

 

 با نمایش تصویری روبشی B می توان موقعیت عیب درون قطعه را ثبت کرد . این سیستم در شکل نشان داده شده است . لازم است که بین موقعیت پروب و اثر عیب ارتباط مختصاتی به وجود بیاید . استفاده از نمایش تصویری روبشی B به تکنیک های آزمون اتوماتیک و نیمه اتوماتیک محدود می شود . 

 

هنگامی که پروب در موقعیت 1 است علائم روی صفحهء اسیلوسکوپ مطابق شکل هستند ، iنشان دهندهء علامت اولیه و ii نمودار دیوارهء پشتی قطعه است .

 

 وقتی که پروب به موقعیت 2 می رسد ، خط iii روی تصویر نشان دهندهء عیب است . این طرز نمایش از مقطع قطعه کار می تواند روی یک نمودار کاغذی ثبت شود ، عکاسی شود ، و یا اینکه روی پردهء بلند ثابت نمایش داده شود .

 

        

 

 تکنیک های بازرسی در آزمون فراصوتی

 

 وجود یک عیب در داخل یک ماده را می توان با استفاده از تکنیک امواج فراصوتی عبوری یا بازتابی پیدا کرد .

 

روش بازتابی با پروب عمودی

 

 این روش در آزمون فراصوتی از معمول ترین تکنیک هاست و در شکل صفحات قبل نشان داده شده است . تمام یا بخشی از پالس توسط عیب داخل ماده بازتاب یافته و به وسیلهء پروب دریافت می شود . این پروب به جای فرستنده و گیرنده عمل می کند . فاصلهء زمانی بین ارسال پالس و دریافت پژواک برای محاسبهء فاصلهء عیب از پروب به کار می رود. روش بازتابی نسبت به روش عبوری دارای مزایای معینی است که عبارتند از : 

 

الف ) قطعه کار به هر شکل می تواند باشد .

 

ب ) فقط دسترسی به یک طرف قطعه کار مورد نیاز است .

 

پ ) فقط یک نقطهء جفت شدن وجود دارد و در نتیجه مقدار خطا حداقل می شود .

 

 ت ) فاصلهء عیب ها از پروب می تواند اندازه گیری شود .

 

 

 

روش عبوری با پروب عمودی

 

 در این روش فرستنده با استفاده از یک روغن جفت کننده با سطح قطعه کار تماس برقرار می کند . یک پروب دریافت کننده روی سطح مفابل ماده نصب می شود .       

 

  اگر در داخل ماده هیچ گونه عیبی وجود نداشته باشد ، علامتی با یک شدت معین به گیرنده خواهد رسید . اگر ابین پروب فرستنده و گیرنده عیبی وجود داشته باشد شدت علامت دریافتی کاهش خواهد یافت . این امر به علت بازتاب جزیی پالس عیب است که بدین ترتیب می توان به وجود عیب پی برد .

 

 این روش معایبی دارد که عبارتند از :

 

  الف ) قطعه کار باید دارای دو سطح موازی باشد و به هر دو سطح آن نیز باید دسترسی داشت .

 

 ب ) دو عدد پروب مورد نیاز است لذا جفت کردن آنها ممکن است عمل سیال اتصالی را کم بهره کند .

 

 پ ) باید دقت کافی به خرج داد تا دو پروب کاملا در مقابل یکدیگر قرار گیرند .

 

 ت ) علایمی از عمق عیب نمی توان به دست آورد .

 

 

 

روش عبوری با پروب زاویه ای

 

 وضعیت های به خصوص آزمون وجود دارند که امکان به کارگیری از پروب های عمودی برای شناسایی عیب وجود ندارد و تنها راه حل معقول این است که از یک پروب زاویه ای استفاده شود . مثال خوبی از این روش بازرسی جوش های لب به لب صفحات موازی است . اگر در منطقهء جوش عیبی وجود داشته باشد شدت علامت دریافتی کاهش خواهد یافت . فاصلهء ABرا فاصلهء پرش می نامند و برای روبش کامل ناحیهء جوش، پروب ها باید مطابق شکل روی سطح قطعه جابه جا شوند . در عمل هر دو پروب باید در یک حامل نصب شوند تا همیشه فاصلهء درستی از هم داشته شوند . در عمل هر دو پروب باید در یک حامل نصب شوند تا همیشه فاصلهء درستی از هم داشته باشند .

 

روش بازتابی با پروب زاویه ای

 

 همچنانکه در شکل زیر دیده می شود ، با به کار بردن یک پروب زاویه ای در حالت بازتابی می توان عیب ها را ردیابی کرد . ذکر این نکته مهم است هنگامی که در این گونه آزمون ها از پروب زاویه ای استفاده می شود ، آشکار ساز عیب باید به دقت با استفاده از یک قطعهء مرجع تنظیم شود . طراحی و استفاده از قطعات تنظیم در بخش بعدی شرح داده می شود .

 

تعیین هویت عیب ها

 

 به وسیلهء روش های فراصوتی نه تنها موقعیت دقیق عیوب داخلی شناسایی می شود بلکه در اکثر موارد می توان نوع عیب را هم تشخیص داد . در این بخش علایم مختلفی که از انواع گوناگون عیوب دریافت می شود، تحت بررسی قرار می گیرد .

 

الف ) عیب عمود بر امتداد پرتو : وقتی که عیبی وجود نداشته باشد باید یک علامت پژواک از سطح مقابل دریافت شود . وجود یک عیب کوچک باید پژواک کوچکی ایجاد کند و شدت پژواک سطح مقابل کاهش یابد . اگر اندازهء عیب از قطر پروب بیشتر باشد پژواک عیب بزرگتر شده و پژواک سطح مقابل ممکن است با توجه به عمق عیب در رابطهء پراکندگی امواج در منطقهء دور دریافت نشود .

 

  ب ) عیب هایی غیر از عیب های صفحه ای : مناطقی که دارای حفره های میکروسکوپی هستند ، موجب پراکندگی معمول امواج شده و روی صفحهء اسیلوسکوپ یک رد چمنی شکل بدون پژواک سطح مقابل نمایان می کند .

 

 ناخالصی ها یا حفره های بزرگ کروی یا بیضوی پژواک کوچکی نمایان می سازند که به همراه پژواک کوچکی از سطح مقابل است ، در حالی که یک رد ساده که هیچ گونه پژواکی را نشان نمی دهد ممکن است مربوط به یک عیب صفحه ای با زاویهء غیر قائم نسبت به امتداد پرتو باشد .

 

پ ) تورق در صفحهء ضخیم : صفحه باید کاملا به روشی که در شکل زیر نموده شده است روبش گردد . علایم تورق از فواصل نزدیک پژواک ها و افت سریع ارتفاع علامت های پژواک مشخص می شود . هر دو یا یکی از این علایم دلیلی بر وجود تورق خواهند بود .

 

 ت ) تورق در صفحهء نازک : صفحهء نازک ممکن است به صفحه ای گفته شود که ضخامت آن کمتر از منطقهء مردهء پروب باشد . یک صفحهء سالم یک سری پژواک های منظم که به تدریج دامنهء آنها کم می شود، نشان می دهد . اما یک ناحیهء تورق یافته پژواک های به هم فشرده ای را نشان می دهد که دامنهء آنها بسیار سریعتر  کاهش می یابد . حتی ممکن است پژواک ها از وضعیت منظم به صورت نامنظم در بیایند . نامنظم شدن شکل در اغلب موارد نشانهءخوبی از تورق های داخلی در صفحات نازک است .

 

 ث ) عیوب جوشکاری : آزمون فراصوتی با استفاده از پروب های زاویه ای از نوع بازتابی یا عبوری روش مطمئنی برای آشکار سازی عیوب جوشکاری های لب به لب و تعیین موقعیت دقیق آنهاست . اما تعیین دقیق ماهیت عیب نسبتا مشکل است و بیشتر به مهارت و تجربهء اپراتور بستگی دارد . اگر پس از بازرسی فراصوتی در ذهن اپراتور در مورد کیفیت جوش شکی وجود داشته باشد عاقلانه است که از محل مظنون رادیوگرافی شود .

 

ج ) عیوب شعاعی در لوله های استوانه ای و محور ها : عیب شعاعی در قطعات استوانه ای معمولا با بازرسی پروب عمودی قابل آشکار سازی نیست ، زیرا این عیب ، موازی پرتو فراصوتی خواهد بود . در این گونه موارد استفاده از یک پروب زاویه ای با روش بازتابی به روشنی وجود عیب را مشخص خواهد ساخت . 

 

روش ها و استانداردها

 

 روش ها و استانداردهایی که در این بخش ارائه شده است برای آزمایش ماوراء صوت جوش های شیاری و ناحیهء متاثر از جوش از ضخامت 8 تا 200 میلیمتر کاربرد دارد .   

 

تغییرات : با تایید مهندس طراح میتوان تغییراتی در روش انجام آزمایش ، تجهیزات و ضوابط پذیرش مذکور در این قسمت اعمال نمود . این تغییرات میتوانند در زمینه های محدودهء ضخامت ،  هندسهء جوش ، ابعاد پروب ، فرکانس ها ، روغن واسطه ، سطح رنگ شده ، تکنیک آزمایش و غیره  باشد . این تغییرات تصویب شده بایستی در گزارش های قرارداد ، ارائه شود .

 

 فلز پایه : هدف از آزمایش های توصیه شده در این قسمت ، جست وجوی معایب موجود در تولید ورق نیستند  لیکن ترکهایی که در فلز پایه در مجاورت جوش به وجود می آیند ( مثل ترک در ناحیهء تفتیده ، تورق و موارد مشابه ) ، باید گزارش شوند .

 

تایید صلاحیت پرسنل

 

 الزامات ASNT : پرسنلی که علاوه بر بازرسی چشمی آزمایش غیر مخرب انجام می دهند ، بایستی مطابق الزامات آخرین چاپ SNT-TC-1A  پیشنهادی انجمن آزمایش های غیر مخرب آمریکا ، تایید صلاحیت شوند . فقط افرادی که برای سطح یک آزمایش غیر مخرب تایید صلاحیت شده و زیر نظر فردی سطح دو آزمایش غیر مخرب باشد و نیز فرد تایید صلاحیت شده برای سطح دو آزمایش غیر مخرب ، مجاز به انجام آزمایش غیر مخرب می باشد.

 

 گواهینامه : ارائه گواهینامه سطح یک و سطح دو بایستی توسط یک فرد با سطح سه صورت گیرد که یا ( الف ) توسط انجمن آزمایش های غیر مخرب آمریکا تایید صلاحیت شده باشد و یا ( ب ) فرد با تجربه ای باشد که به واسطه تمرین و تحصیلات توانسته باشد آزمون مشخص شده در  SNT-TC-1A را با موفقیت بگذراند .

 

گسترهء انجام آزمایش

 

 در اطلاعاتی که به پیشنهاددهندگان در زمان مناقصه ارائه می شود  بایستی به روشنی گستره آزمایش های غیر مخرب ( نوع ، رده بندی ، یا موقعیت ) جوش مشخص شده باشد . 

 

آزمایش کامل : جوش هایی که در مدارک قرارداد نیاز به انجام آزمایش غیر مخرب دارند ، بایستی برای طول کامل جوش آزمایش شوند ، مگر آنکه انجام آزمایش به صورت مقطعی به روشنی مشخص شده باشد .

 

 آزمایش مقطعی : اگر آزمایش مقطعی مشخص شده باشد ، موقعیت و طول جوش ها یا رده بندی جوش بایستی به روشنی در مدارک قرارداد ، مشخص شده باشد .

 

 آزمایش نقطه ای : اگر آزمایش نقطه ای مشخص شده باشد ، تعداد نقاط مورد آزمایش به ازای رده بندی و طول جوش مورد آزمایش بایستی در اطلاعات ارائه شده به پیشنهاددهندگان ، گنجانده شود . هر آزمایش نقطه ای بایستی حداقل 4 اینچ ( 100 میلیمتر ) طول جوش را پوشش دهد . اگر در آزمایش نقطه ای عدم پیوستگی هایی نمایان شود که غیر قابل قبول بوده و نیاز به تعمیر دارند ، گستره آن عدم پیوستگی ها بایستی تعیین گردد . دو نمونه آزمایش نقطه ای اضافه در همان قسمت جوش در ناحیه ای دورتر از نقطه اول بایستی انجام شود . موقعیت آزمایش های نقطه ای اضافه بایستی با توافق پیمانکار و بازرس تاییدکننده باشد . اگر در هر یک از دو نمونه آزمایش نقطه ای اضافه ، عیوبی را که نیاز به تعمیر دارند مشخص شود ، سرتاسر آن قسمت جوش که به نمایندگی آن آزمایش نقطه ای انجام شده است ، بایستی مورد آزمایش قرار گیرد . اگر جوش تحت آزمایش بیش از یک قسمت جوش را شامل می شود ، در این صورت بایستی دو نمونه آزمایش نقطه ای اضافه در هر قسمت جوش انجام شود . موقعیت انجام آزمایش های جدید بایستی با توافق پیمانکار و بازرس تایید کننده باشد.

 

 اطلاعات مرتبط : بازرس آزمایش غیر مخرب ، قبل از انجام آزمایش ، بایستی دسترسی به اطلاعات مرتبط شامل ساختار اتصال جوشی ، ضخامت قطعات ، روش های جوشکاری مورد استفاده داشته باشد . بازرسین آزمایش های غیر مخرب بایستی از هرگونه تعمیر صورت گرفته بر روی جوش مطلع شوند . 

 

قطعات استاندارد مرجع برای کالیبره کردن حساسیت و مقیاس افقی باید از قطعهء مرجع موسسهء بین المللی جوشکاری ( شکل 2-1 ) و یا در صورت تایید مهندس ناظر از سایر قطعات استفاده نمود .

 

استفاده از یک بازتاب کنج جهت کالیبراسیون ممنوع است. ترکیب پروب و دستگاه باید قادر به تفکیک سه روزنه در قطعهء مرجع تمایزگر RC .

 

 پروب : ابعاد پروب باید طوری باشد که فاصلهء بین لبهء هادی پروب تا نقطهء شاخص از 25 میلیمتر بیشتر شود .

 

 تفکیک : پروب باید در روی قطعهء تفکیک RC در وضعیت Q ( برای زاویهء 70 درجه ) ، وضعیت R ( برای زاویهء 60 درجه ) و یا وضعیت S ( برای زاویهء 45 درجه ) قرار گیرد . دستگاه باید سه سوراخ را به تفکیک نشان دهد.

 

 فاصلهء تقرب پروب : حداقل فاصلهء مجاز بین پنجهء پروب و لبهء قطعهء IIW باید به صورت زیر باشد : 

 

برای پروب 70 درجه :                            X = 50mm

 

 برای پروب 60 درجه :                          X = 37mm

 

 برای پروب 45 درجه :                            X = 25mm

 

 

 

ارزیابی تجهیزات

 

 - محور افقی صفحهء نمایش دستگاه فراصوت باید بعد از هر 40 ساعت کار مورد ارزیابی قرار گیرد .

 

 - دگمهء تنظیم دسی بل باید در فواصل 2 ماه کالیبره شود .

 

 - بعد از هر 40 ساعت کار ، حداکثر پژواک داخلی پروب باید مورد ارزیابی قرار گیرد .

 

 - با استفاده از یک تنظیم استاندارد ، بعد از هر 8 ساعت کار ، پروب زاویه ای باید مورد ارزیابی قرار گیرد تا مشخص گردد که سطح تماس تخت است و نقطهء دخول امواج صوتی صحیح می باشد و زاویهء انتشار با رواداری 2± درجه در محدودهء مجاز است . در صورتیکه پروب این ضوابط را برآورده ننماید ، باید تعویض گردد .

 

 ارزیابی صحت اندازه گیری فاصله ( مقیاس افقی ) : پروب عمودی باید در وضعیتهای G ، T و یاU در روی قطعهء IIW یا DS قرار گیرد تا پنج پژواک دریافت نماید . اولین و آخرین موج در وضعیت صحیحشان قرار داده می شوند . به کمک دگمه تنظیم دسی بل ، پژواکها را به تراز مرجع تنظیم نمایید.

 

 موقعیت هر یک از انحرافهای میانی باید در محدودهء 2 درصد عرض صفحهء نمایشگر باشد.

 

ارزیابی دقت دسی بل : دستگاه باید دارای دگمهء تنظیم دسی بل با گام 1 یا 2 دسی بل در دامنه ای مساوی 60 دسی بل باشد . دقت تنظیم باید مساوی 1± دسی بل باشد .

 

 (1) یک پروب عمودی باید مطابق شکل 2-4 در وضعیت T از قطعهء DS مستقر شود . 

 

(2) مقیاس افقی باید طوری تنظیم شود که اولین پژواک 50 میلیمتری سطح مقابل ، در وسط صفحهء نمایش قرار گیرد . (3) دگمهء تنظیم دسی بل باید طوری تنظیم شود که شاخص به طور دقیق و یا به مقدار کمی بالاتر از 40 درصد صفحهء نمایش قرار گیرد . (4)  پروب باید به سمت بالا به وضعیت U ( شکل 2-4 ) حرکت داده شود تا دقیقا در 40 درصد ارتفاع صفحهء نمایش قرار گیرد . (5) به وسیلهء دگمه تنظیم دسی بل ، دامنهء صوت به اندازهء 6 دسی بل افزایش داده می شود . به صورت تئوریک ، تراز شناسایی باید 80 درصد ارتفاع صفحهء نمایش باشد . (6)  قرائت دسی بل باید زیر ستون a و ارتفاع واقعی بر حسب درصد ( گام5 ) در زیر ستون b در گزارش ارزیابی نوشته شود . (7)  پروب مقدار بیشتری به سمت وضعیت U ( شکل 2-4 ) حرکت داده شود تا تراز شناسایی دقیقا در 40 درصد ارتفاع صفحهء نمایش قرار گیرد . (8) گام 5 باید تکرار شود . (9) گام 6 تکرار می شود . نتایج در ردیف بعدی گزارش منعکس می گردد . (10) گامهای 7 ، 8 و 9 باید به ترتیب تکرار شوند تا دامنهء کامل دگمهء تنظیم دسی بل حاصل گردد ( حداقل 60 دسی بل ) . (11)  اطلاعات نوشته شده در زیر ستونهای a و  b دررابطهء زیر یا نموگرام شرح داده شده در بند بعد از آن قرار داده شوند تا دسی بل اصلاح شده حاصل گردد . (12) دسی بل اصلاح شده از گام 11 در ستون c درج می شود . (13) ستون c باید از ستون a کسر شده و اختلاف در ستون d تحت عنوان خطای dB نوشته شود . توجه : این مقدار می تواند مثبت یا منفی باشد . به فرمهای D8 ، D9 و D10 توجه فرمایید .(14) اطلاعات کسب شده باید در فرم D8ثبت گردند . (15) فرم D9 وسیله ای ساده برای پردازش اطلاعات ردیف 14 است . روش محاسبات در ردیف های 16 تا 18 ارائه شده است . (16) مقدار دسی بل از ستون e ( فرم D8 ) مولفهء X و دسی بل قرائت شده از ستون a ( فرم D8 ) مولفهء Y نقاط منحنی دسی بل در فرمD9 است . (17) طولانی ترین تصویر افقی که در آن 2 دسی بل اختلاف قائم ایجاد می شود ، نشان دهندهء دامنهء dB است که وسیلهء منطبق  بر ضوابط آیین نامه است . حداقل دامنهء مجازdB 60 می باشد . (18) دستگاههایی که این حداقل را برآورده ننمایند ، مشروط بر رفع خطا ، قابل استفاده هستند .

 

 برای محاسبات دسی بلها از روابط زیر استفاده می شود :

 

 dB2 – dB1 = 20 * log ( %2 / %1 )

 

یا

 

dB2 = 20 * log ( %2 / %1 ) + dB1

 

 طبق فرمول D8 :

 

 dB1 = ستون a

 

 dB2 = ستون c

 

 %1 = ستون b

 

 %2 = در فرم D8 تعریف شده است .

 

 در هنگام استفاده از نموگرام فرم D10 به تذکرات زیر توجه داشته باشید :

 

 (1) ستونهای a ،  ، c و d در فرم D8 قرار دارد .

 

(2) مقیاسهای A ، B و C در نموگرام فرم D10قرار دارد .

 

(3) نقاط صفر در روی مقیاس C باید با اعدادی مثل 0 ، 10 ، 20 ، 30 و غیره بر حسب تنظیم دستگاه ، جایگزین شوند .

 

 روشهای زیر در هنگام استفاده از نموگرام فرم D10 مورد استفاده قرار می گیرد :

 

 (1) دسی بل مربوط به ستون a در روی مقیاس c و درصد مربوطه در ستون b روی مقیاس A برده شده و توسط یک خط مستقیم بهم وصل می شوند .

 

 (2) نقطهء تقاطع این خط با مقیاس B ، نقطهءچرخش خط مستقیم دوم است .

 

 (۳)نقطهء میانگین % روی محور A برده شده و از این نقطه به نقطهء چرخش تولید شده در گام 2 وصل شده و ادامه داده می شود تا مقیاس دسی بل را روی مقیاس C قطع نماید .

 

 ( 4) عدد مربوط به این نقطه در مقیاس C ، نشان دهندهء دسی بل اصلاح شده برای استفاده از ستون Cمی باشد .

 

 ارزیابی انعکاس داخلی :

 

 (1) تنظیم پروب زاویه ای : (الف) تنظیم مقیاس افقی با استفاده از قطعهء تنظیم IIW . (ب) کالیبره مقیاس قائم و حساسیت : پروب باید در وضعیت A در روی قطعهءIIW قرار گیرد و به سمت سوراخی با قطر 5/1 میلیمتر نشانه رود ( شکل 2-4 ) . موقعیت پروب تا حدی که حداکثر علائم پژواک دریافت شود ، تنظیم می گردد . با کمک دگمه تنظیم دسی بل ، موج پژواک تبدیل به خط افقی می شود .  

 

حداکثر قرائت بر حسب دسی بل تراز مرجع b می باشد .

 

 (2) پروب را بدون اینکه تنظیم دستگاه دستکاری شود ، از روی قطعهء تنظیم بردارید .

 

(3) دگمه تنظیم دسی بل را به مقدار 20 دسی بل نسبت به تراز مراجع افزایش دهید .

 

 (4) صفحهء نمایش در فراتر از موج 13 میلیمتر و بالای تراز مرجع باید عاری از هر گونه علامت باشد .

 

 تعیین لبه های عیب

 

 ابعاد ترکهای ناشی از تورق همواره به آسانی قابل تعیین نیست ، مخصوصا زمانیکه ابعاد آنها کوچکتر از ابعاد مبدل است . وقتیکه ابعاد ترک بزرگتر از ابعاد مبدل است ، پژواک پشت ( سطح مقابل ) به طور کامل از بین می رود و بعد از پژواک اولیه ، یک پژواک به علت ترک خواهیم داشت . وجود افتی به مقدار 6 دسی بل می تواند مبین لبهء شروع ترک باشد . برای تعیین لبهء عیوب کوچک ، پروب به آرامی به سمت ترک حرکت داده می شود . شروع اغتشاشات در لبهء ورق ، به معنای برخورد با لبهء عیب است .

 

  

 

ترک های طولی

 

  الف ) حرکت روبشی A : زاویهء دوران a = 10o  است .

 

 ب ) حرکت روبشی  B : فاصلهء حرکتی B باید چنان باشد تا تمام جوش مورد نظر را پوشش دهد .

 

 پ ) حرکت روبشی C : گام حرکتی  cبه طور تقریب نصف عرض مبدل است .

 

 توجه : حرکتهای A ، B و C در یک الگوی روبشی با هم ترکیب می شوند .

 

 

 

ترک های عرضی

 

 الف ) حرکت روبشی D وقتی مورد استفاده قرار می گیرد که سطح جوش به صورت همسطح با ورق سنگ خورده است .

 

 ب ) حرکتی روبشی E وقتی مورد استفاده قرار می گیرد که گردهء جوش سنگ نخورده باشد . زاویه روبش e حداکثر مساوی 15 درجه است .

 

 توجه : الگوی روبش باید طوری باشد که مقطع کامل جوش پوشش داده شود .

 

 جوش سربارهء الکتریکی و جوش گاز الکتریکی – الگوی روبش E

 

 زاویهء دوران 45 تا 60 درجه است .

 

 

مفهوم آلتراسونیک؟

مفهوم آلتراسونیک؟
 

مهندسی آلتراسونیک عبارت است از کاربرد امواج مکانیکی- صوتی با فرکانسی بالاتر از حد شنوایی انسان. شنوایی انسان در محدوده فرکانس 10dHz الی 20dKHz می باشد. امروزه از لغت مگاسونیک برای امواج با محدوده فرکانسی بالاتر از 1000dKHz استفاده می شود. یکی از کاربردهای مهم امواج آلتراسونیک، استفاده از ضربه ناشی از کاویتاسیون ایجاد شده توسط آن در فرآیند شستشوی آلتراسونیک می باشد. اصول کلی این روش مبتنی بر غوطه وری قطعات مورد نظر در یک مایع واسطه می باشد که این مایع، توسط یک مولد امواج آلتراسونیک با فرکانس و شدت بسیار بالایی مرتعش شده و کاویتاسیون به وجود آمده، عمل شستشو و پاک کردن قطعه را انجام می دهد. کاویتاسیون عبارت است از شکل گیری و انهدام مرتب حباب های بخار درون مایع به خاطر خلاء ناشی از عقب نشینی سطح و موج فشار ناشی از برگشت سطح. در این پدیـده، به خــاطر خـلاء نسـبی، جــوشـش حجــمی ولی بدون افزایــش دمـای مـایــع صــورت
می پذیرد، هرچند دمای مایع صورت می پذیرد، هرچند هنگام برگشت سطح و ایجاد موج فشار، دمای محلی در حد و ابعاد ملکولی در نزدیکی محل ترکیدن حباب بسیار زیاد است. محاسبات نشان می دهد که در این محل، دمایی بیش از 5500 درجه سانتیگراد و فشاری بیش از 67MPa تولید می شود

کاربردهای آلتراسونیک: عملیات اتصال: جوشکاری مواد غیر هم جنس، دوختن، آب بندی، لحیم کاری.
عملیات ماشینکاری: سوراخکاری، حفره زنی و ایجاد سطوح آزاد با کمک فناوری CNC بر روی مواد ترد
کمک به عملیات شکل دهی: در آهنگری، ریخته گری مداوم، اکستروژن و کشش عمیق
کمک به عملیات ماشینکاری سنتی: در تراشکاری، فرزکاری، سوراخکاری و سنگ زنی
کمک به فرآیندهای نوین تولید: در ماشینکاری الکتروشیمیایی، لیزر و تخلیه الکتریکی برای بهبود خواص سطحی و افزایش نرخ باربرداری عملیات فیزیکی و شیمیایی: ایجاد واکنش شیمیایی و فیزیکی، تسریع واکنش ها، کاهش آلودگی، عملیات بر روی اضافات سمی، آماده سازی سنگ معدن جهت ذوب و تصفیه، همگن سازی، امولوسیون سازی، انحلال، گاز زدایی، پراکنده سازی کلوئیدی
عملیات شستشو: شستشوی قطعات ظریف یا مستحکم، با زدودن چربی ها، گرد و خاک و سایر آلودگی ها و تا اندازه ای رفع پلیسه های ظریف از لبه ها
پزشکی: جراحی توسط چاقوی آلتراسونیک؛ تخریب سلول های بدخیم؛ عمل آب مروارید چشم؛ پیشگیری از پوسیدگی، جرم گیری و عصب کشی دندان ها؛ شکستن سنگ کلیه، مثانه و کبد؛ برداشتن چربی اضافی بدن (لیپوساکشن)؛ برداشتن بافت های مرده و مواد خارجی زخم و نیز در سونوگرافی
عملیات آئروسول: رطوبت سازی، خشک کردن افشانه ای، سرد سازی با تبخیر، احتراق بهتر سوخت از طریق اتمیزه کردن آن،
بهبود پوشش دهی بدنه خودرو و قطعات صنعتی توسط روش الکتروفوریز
آزمون‌های مخرب و غیر مخرب
استفاده در رادارهای آموزشی، سونار برای نقشه برداری دریایی، آزادسازی تنش های پس ماند، پلیسه زدایی، شناور سازی، کف زایی و کف زدایی، باستان شناسی (تمیز کردن سفال های شکسته و سنگواره ها و ترمیم آنها)
و کاربردهای روز افزون و گسترده دیگر در بسیاری از حوزه های علوم و مهندسی

 امواج ماورای صوت را به روشهای مکانیکی و الکتریکی و مغناطیسی می‌توان تولید کرد. ابزار مکانیکی تولید ماورای صوت عبارت است از: سیرن ، سوتک گالتن ، مولد الکتریکی ، مولد مغناطیسی ، نوسانگر پیزو الکتریک و نوسانگر مانیتواستریکتیو که در زیر برخی از آنها که کاربرد وسیعی دارند شرح مختصری می‌دهیم.

سیرن
سیرن از یک ظرف محکم ساخته شده است که بوسیله لوله‌ای به تلمبه تراکم هوا مربوط می‌شود و می‌توان در آن هوای با فشار زیاد متراکم کرد. در قسمتی از سطح بالایی این ظرف دو صفحه فلزی گرد محور واحدی قرار دارند که بر روی آنها تعدادی سوراخ به یک فاصله از محور موجود است. صفحه پایین ثابت است و صفحه بالایی می‌تواند بر روی آن با سرعت زیاد دوران کند.


سوراخهایی که بر روی این دو صفحه موجود است، می‌توانند در مقابل یکدیگر قرار گیرند. ولی امتداد آنها در صفحه بالایی و پایینی برهم قرار ندارد و طوری است که وقتی هوایی با فشار زیاد از سوراخهای پایینی به دهانه سوراخهای بالایی می‌رسد، تغییر جهت و امتداد می‌دهد. و همین تغییر جهت حرکت هوا سبب می‌گردد که بر صفحه بالایی نیرویی اثر کند و آن را به چرخش در آورد. فرکانس صوتی که سیرن تولید می‌کند با تعداد سوراخهای صفحه دوّار (p) و نیز تعداد دوری که صفحه گردان سیرن در ثانیه دوران می کند (n) نسبت مستقیم دارد (f = pn). که در آن f فرکانس صوت می‌باشد.


معمولا بر روی سیرنها دستگاهی است که می تواند صوت حاصل را مشخص کند. ولیکن اگر تعداد سوراخها در صفحه بسیار زیاد و نیز فشار هوا یا بخار آب که در ظرف سیرن متراکم شده است، بسیار زیاد باشد، ارتعاشات ماورای صوت تولید می‌شود. به کمک این سیرنها امواجی تا فرکانس200 کیلو هرتز تولید کرده‌اند.
وتک گالتن
در سال 1883 نخستین بار گالتن متوجه امواج ماورای صوت شد. او با استفاده از لوله بسته‌ای که به کمک یک پیچ می‌توانست طول آن را تغییر دهد، ارتعاشات صوتی بسیار ریزی با فرکانس زیاد تولید کرد. و ضمن کاهش تدریجی طول لوله بسته متوجه شد که در هنگام دمیدن در آن صدایی را نمی‌شنود. ولیکن سگی که در نزدیکی وی بود عکس العمل نشان می‌دهد. همین موضوع او را متوجه امواج ماورای صوت کرد.


در سال 1900 میلادی آ. ادلمان سوتک گالین را کامل کرد و آن را به فرکانس حدود 170000 هرتز رسانید. در سال 1916 میلادی هارتمان بر اساس کارهای قبلی سوتکی ساخت که در آن هوای متراکم از یک سوراخ مخروطی شکل خارج و به دهانه لوله استوانه‌ای شکل که طول و قطر آن برابر است وارد می‌گردد و تولید صوت می‌کند. در سوتک هارتمان سرعت خروج هوا و برخورد آن به لوله سوتک بسیار زیاد و بیش از سرعت صوت است.
 

نوسانگر مغناطیسی
این نوسانگرها براساس خاصیت ماگنتوستریکشن و استفاده از یک میدان الکتریکی متناوب ساخته می‌شود. خاصیت ماگنتوستریکشن عبارت است از تغییر شکل و تغییر حجم یک ماده مغناطیسی (آهن ، نیکل و کبالت) در اثر آهنربا شدن. ساده‌ترین تغییری که در اثر آهنربا شدن یک ماده مغناطیسی بررسی می‌شود تغییر نسبی طول یعنی Δl/l است. که در این رابطه Δl تغییر طول و ا طول اولیه ماده مغناطیسی است.

اگر میله ای از یک ماده مغناطیسی مانند نیکل را انتخاب کنیم و در اطراف آن یک سیم روپوش دار بپیچیم و آن را در یک مدار الکتریکی قرار دهیم، مشاهده می‌شود که هر گاه جریان الکتریکی از سیم پیچ بگذرد طول میله کوتاه می شود و پس از قطع جریان میله به طول اولیه خود باز می گردد. چنانچه بتوانیم به کمک یک رئوستا شدت جریان الکتریکی را افزایش دهیم، تغییر طول میله Δl بیشتر می شود.

ضمنا اگر جهت جریان الکتریکی را تغییر دهیم باز هم میله منقبض خواهد شد. مشخص می‌شود که کاهش طول میله که در اثر میدان مغناطیسی سیم پیچ و آهنربا شدن آن ظاهر می‌شود، به جهت میدان الکتریکی بستگی ندارد. ولیکن اندازه تغییر طول میله به اندازه شدت میدان الکتریکی بستگی دارد. در عمل نوسانگرهای مغناطیسی را به این ترتیب می‌سازند که به جای میله‌های نیکلی ورقه‌های نازک نیکلی که رویه‌ای از یک ماده عایق الکتریکی دارند، بکار می‌برند.

این ورقه ها را مانند آنچه در هسته‌های ترانسفورماتور مشاهده می‌کنیم بر روی یکدیگر قرار می‌دهند و به هم متصل می‌کنند. علت بکار بردن ورقه‌های نیکل به جای میله نیکل جلوگیری از جریانهای گردابی (جریان فوکو) است. ضمنا بجای آنکه فقط از یک سیم پیچ استفاده شود، دو سیم پیچ به دور هسته نیکلی پیچیده می‌شود، که از یکی جریان مستقیم و از سیم پیچ دیگر جریان متناوب عبور می‌کند.

 

سنسور فراصوتی (Ultrasonic Sensor) :

تاريخچه اين سنسور به سال 1912 میلادی و بعد از غرق شدن کشتی تایتانيک بر می گردد .

بعد از غرق شدن تایتانیک دانشمندان به دنبال راه حلی برای تکرار نشدن این فاجعه افتادند ، که اگر

کاپتان کشتی به هر دلیلی قادر به دیدن جلو کشتی نبود وسیله ای هشدار دهنده او را از وجود

مانع مطلع سازد .

در سال 1912 میلادی آقای L F Richartson با الهام از طبیعت و استفاده از مسیریابی

خفاشها موفق به ساخت سنسور فراصوتی شد . خفاشها به دلیل بینایی ضعیف و حساس به نو

ر، از امواج فراصوتی برای تشخیص موانع استفاده می کنند .

اما از آن سال تا کنون که نزدیک به یک قرن از آن می گذرد این سنسور کاربردهای فراوانی در

زندگی ما پیدا کرده است که به چند نمونه از این کاربردها می پردازیم .

1 . ابتدا برای نزدیک شدن بیشتر به این سنسور به معرفی آن در دزدگیر اتوموبیل و وسیله

هشدار دهنده فاصله در اتوموبیل می پردازیم که مطمعنا همه ما کاربرد سنسور فراصوتی

را در دزدگیر اتوموبیل از نزدیک دیده ایم .

2 . سپس به کاربردهایی همچون استفاده در ثبت دقیق ترین زمان ممکنه در ورزش دومیدانی

3 . استفاده در باک هواپیما برای فهمیدن مقدار سوخت

4 . استفاده در کنترل دور ماشینهای صنعتی

5 . کاربرد در علم هواشناسی جدید

6 . و در آخر به دبی متر التراسونیک می پردازیم که امیدوارم مورد توجه شما عزیزان

قرار گیرد .

 

 

چکیده ای از چگونگی کار سنسور التراسونیک :

امواج التراسونيك به دسته­ای از امواج مكانيكی گفته مي­شود كه فركانس نوسانشان بيش از

محدوده شنوايی انسان 20KHz باشد.

یک سنسور التراسونیک غالبا دارای یک فرستنده و یک گیرنده امواج التراسونیک

می باشد که این امواج بعد از برخورد با یک مانع منعکس  شده  و به طرف سنسور

برمی گردند و با توجه به زمان بازگشت و همچنین کیفیت امواج بازتابش شده به فاکتورهایی

همچون فاصله تا مانع ، نوع مانع و سرعت مانع  دست پیدا می کنیم . لازم به ذکر است که هر

ماده ای به یک کیفیت خاص امواج التراسونیک را از خود عبور و مقداری از آن را

باز تابش می دهد .

این امواج بدلیل خواصی که دارند کاربردهای متنوع و بعضاً جالبی دارند. با محاسبه­ایی ساده می­توان دریافت که اگر نقطه­ایی با فرکانس 25 کیلوهرتز و دامنه 10 میکرومتر نوسان کند شتاب آن بالغ بر 25 هزار برابر شتاب ثقل می­شود. این شتاب و به طبع آن سرعت بالا در مایعات باعث ایجاد کاویتاسیون می­شود و در هنگام انفجار حبابهای ایجاد شده فشاری در حدود 200 بار ایجاد می­گردد. از طرف دیگر اگر حرکت نسبی با مشخصات فوق میان دو سطح جامد برقرار شود ازدیاد دما باعث جوش خوردن دو سطح به یکدیگر می­شود که Ultrasonic Welding می­باشد.

امواج اولتراسونیک مانند دیگر امواج دارای خاصیت شکست، انعکاس، نفوذ و پراش می­باشند. برای تولید این امواج روشهای متفاوتی وجود دارد.

مجموعه­های اولتراسونیک معمولاً از سه بخش کلی تشکیل می­شوند:

1. مبدل

2. بوستر

3. تقویت کننده یا هورن.
مبدل نقش تولید امواج مکانیکی و تبدیل انرژی الکتریکی به مکانیکی را دارد, بوستر و تقویت کننده نیز وظیفه انتقال و تقویت دامنه حرکت و رساندن ‌آن به مصرف کننده را به عهده دارند

كاربرد اولتراسونيك در صنايع غذايي:

 

نحوه استفاده از امواج اولتراسوند در صنايع غذائي دو گونه است. كاربرد اولتراسوند با شدت بالا و با شدت پائين. از امواج اولتراسوند با شدت پايين به عنوان روش تجزيه‌اي در تهيه اطلاعات مربوط به ويژگي هاي فيزيكي و شيميايي مواد غذايي استفاده مي شود. در اين حالت توان به كار رفته به حدي پائين است كه پس از قطع امواج اولتراسونيك هيچگونه تغييري در خواص فيزيكي و شيميايي مواد غذايي ايجاد نمي شود در نتيجه به اين تكنيك non-destrusive يا غير مخرب گويند و از آن مي توان در اندازه گيري ضخامت، تشخيص جسم خارجي، اندازه گيري فلوريت، تعيين تركيبات متشكله، اندازه ذرات، و غيره استفاده كرد. در حاليكه امواج اولتراسوند با شدت بالا كه در آنها از توان بالا استفاده مي شود به عنوان ابزاري در تغيير ويژگي هاي مواد غذايي نظير هموژنيزه كردن، تميز كردن، استريل كردن، حرارت دادن، امولسيفيه كردن، مهار فعاليت آنزيم ها و ميكروبها و متلاشي كردن سلول، تشديد واكنش هاي اكسيداسيون، اصلاح گوشت، اصلاح كريستاليزاسيون، و . . . استفاده مي شود

presence / absence detection

تعيين ضخامت

تشخيص ماده خارجي

اندازه گيري فلوريت

اندازه گيري درجه حرارت

تعيين تركيب و ميكرواستراكچر

on-line sensors

1-2 - مقدمه

 

جمع آوري و توزيع داده هاي هيدرولوژيكي بين کاربران متشكل از يك سلسله مراحل سيستماتيك و قدم به قدم مي باشد كه با پايش، ضبط و انتقال داده ها به اتاق فرمان آغاز گشته و با پردازش، آرشيو كردن و بكارگيري اطلاعات توسط كاربر خاتمه پيدا مي كند [شكل (1-2)].

 

Transmission

 

sse

Sensing element

Signal Transformation

Signal Conditioner

Signal Transformation

Display & Processing

 

 نمودار بلوکي سيستم هاي اندازه گيري.

پيشرفتهاي حادث در علم الكترونيك و صنعت رايانه اي منجر به خلق و توسعه حسگرها، تجهيزات پردازش، ذخيره و انتقال داده ها گرديده كه به مراتب ارزانتر، سريعتر و از دقت و قابليت اعتماد بيشتري در مقايسه با روشهاي سنتي برخوردار مي باشد.

در فصل حاضر، ضمن ارائه تعريفي از تراز سطح آب، روشهاي مختلف اندازه گيري آنان معرفي گشته و با طبقه بندي روشها در دو گروه كاملا" متمايز، بررسي نحوه عملكرد روشهاي مختلف اندازه گيري تراز سطح آب با جزئيات بيشتري آورده شده است. درنهايت با مقايسه حسگرهاي مختلف و برشمردن معايب و محاسن هر يك امكان انتخاب بهترين حسگر پايش سطح آب ميسر گرديده است.

 

2-2- پايش تراز آب

 

تراز آب (Stage) عبارت است از اختلاف ارتفاع سطح آب و ارتفاع سطح مبنا در ايستگاههاي هيدرومتري، تراز آب به ارتفاع اشل نيز مشهور است. سطح مبنا ممكن است يك سطح مبناي محلي و يا سطح آبهاي آزاد باشد.

پايش و جمع آوري داده هاي تراز سطح آب بوسيله حسگرهاي مكانيكي، الكترومكانيكال و الكترونيكي امكان پذير مي باشد. معمولترين حسگرها شامل حسگرهاي شناوري، حسگرهاي آلتراسونيك، حسگرهاي فشاري، حسگرهاي خازني و مقاومتي، حسگرهاي راداري و حسگرهاي ليزري مي باشد. در بخشهاي بعدي اين گزارش به شرح تفصيلي هر يك از اين حسگرها پرداخته خواهد شد.

 

3-2- روش هاي مختلف اندازه گيري تراز سطح آب

براي اندازه گيري تراز سطح آب در رودخانه روشـهاي متعددي وجـود دارد. اندازه گيري تراز سطح آب خود در مقوله اندازه گيري طول مي گنجد. براساس شكل (2-2)، اگر محل نصب عنصر اندازه گيري (حسگر) ثابت باشد، عملا" مي توان با كم كردن ارتفاع محل نصب اين عنصر از فاصله اندازه گيري شده، ارتفاع تراز سطح آب در رودخانه را محاسبه نمود.
 

                        water level                                                                              

 

در ارتباط با اندازه گيري طول، روشهاي بسيار زيادي وجود دارد. از ميان اين روشها برخي از آنها براي اندازه گيري  (Stage)مناسب هستند. از آن ميان مي توان به روشهاي زير اشاره نمود:

 

حسگرهاي شناوري  (Floater  sensors)

حسگرهاي آلتراسونيك  (Ultrasonic  sensors)

حسگرهاي فشاري (Pressure  sensors)

حسگرهاي خازني  (Capacitance  sensors)

حسگرهاي راداري  (Radar  sensors)

حسگرهاي ليزري  (Laser sensors)

روشهاي فوق الذكر را مي توان برحسب موضوعات مختلف دسته بندي نمود كه در زير به آن اشاره مي گردد:

 

 

4-2- طبقه بندي روشهاي اندازه گيري براساس چگونگي تماس با آب

 

الف – روشهاي تماسي  (Contact  method)

روشهاي غير تماسي(Non-contact method)

 

در روش هاي تماسي عملا" عنصر اندازه گيري (حسگر) در ارتباط مستقيم با آب مي باشد. مثلا" در روش اندازه گيري به کمک شناور، جابجا شدن يک شناور در سطح آب تبديل به کميتهاي الکتريکي شده و مورد استفاده قرار مي گيرد. در مقابل روش هاي تماسي، روش هاي غيرتماسي قرار دارد. در اين روشها عنصر اندازه گيري در يک ارتفاع مشخص نصب مي گردد. معمولا" با تابش يک موج (الکترو مغناطيسي يا مکانيکي) به سطح آب اندازه گيري صورت مي گيرد.

مزايا و معايب اين دو روش در جدول زير ارائه شده است.

 

جدول (1-2): مقايسه روشهاي  تماسي و غير تماسي از ديدگاه مزايا و معايب

 

روش تماسي

روش غيرتماسي

 

 

مزايا

امکان اندازه گيري در مخازن تحت شرائط سرريز شدن مخزن

امکان اندازه گيري تحت شرائط وجود کف و foam

عدم وابستگي زياد به نوع سيال

امکان اندازه گيري تغييرات زياد سطح سيال

 

معايب

وابستگي به نوع سيال

وابستگي به شرائط محيطي

معمولا" در مقايسه باروشهاي تماسي پرهزينه تر هستند

 

براساس دسته بندي صورت گرفته شده مي توان روشهاي تماسي و غيرتماسي را به صورت زير از يکديگر جدا نمود:

 

روش تماسي:

روش اندازه گيري به کمک شناور

روش هاي خازني و Conductivity  

روش هاي اندازه گيري براساس فشار

روش هاي استفاده از انکودرهاي مکانيکي يا نوري (Mechanical or optical encoder)

روش غيرتماسي:

روش ultrasonic 

روش راداري

روش ليزري

روش استفاده از Load cell

 

5-2- بررسي نحوه عملکرد روشهاي مختلف اندازه گيري تراز سطح آب

 

در اين بخش سعي مي گردد تا بصورت خلاصه روش هاي مختلف موجود براي اندازه گيري تراز سطح آب مورد بررسي قرار گيرد. روشهاي مورد بحث در اين بخش عبارتند از:

روش اندازه گيري به کمک شناور( به صورت آنالوگ و ديجيتالي)

روش اندازه گيري براساس تغييرات هدايت الکتريکي آب

روش اندازه گيري براساس تغييرات ظرفيت خازني آب

روش اندازه گيري براساس تغييرات فشار مکانيکي در کف مخازن آب

روش اندازه گيري با استفاده از Load cell 

روش ultrasonic

روش راداري 

 

روش مورد استفاده در اين طرح براساس اندازه گيري ليزري مي باشد. به همين دليل اين روش بهمراه طرح پياده شده براي بهره گيري از آن در اندازه گيري تراز سطح آب، در فصل بعد مفصل تر توضيح داده مي شود. از اين نظر در اين بخش از ذکر آن خودداري شده است.

 

1-5-2- روش اندازه گيري به کمک شناور

در اين روش از يک شناور براي پايش تغييرات سطح آب استفاده مي گردد. براي تبديل کردن جابجائي سطح به يک سيگنال الکتريکي قابل انـدازه گيري به شــيوه هاي مختلف عمـل مي شود. در شکل زير به برخي از آنان اشاره شده است.

 سيستم اندازه گيري سطح آب با استفاده از شناور و پتانسيومتر

در اين شکل با افزايش ارتفاع آب، ارتفاع شناور نيز افزايش مي يابد. بدين ترتيب شناور يک حرکت دوراني حول محور چرخش خواهد داشت. چرخش شناور از طريق يک محور اتصال دهنده، به slider منتقل شده و مقدار مقاومت در خروجي پتانسيومتر تغيير مي کند. تغييرات مقاومت پتانسيومتر مي تواند از طريق يک پل اندازه گيري (مثل پل وتستون در شکل زير) به تغييرات ولتاژ قابل اندازه گيري تبدل گردد. [2 ].

 پل وتستون

بر طبق بحث هاي فوق اگر ارتفاع آب را h و تغييرات آن را با Dh نمايش دهيم آنگاه:

DR=KDh

که K ضريب ثابت مي باشد و به مشخصات هندسي و اندازه مقاومت پتانسيومتر بستگي دارد. رابطه فوق تحت شرائطي که پتانسيومتر بصورت خطي باشد معتبر است. بزرگ بودن مقدار K باعث افزايش حساسيت اندازه گيري خواهد شد.

ارتباط بين تغييرات مقاومت و تغييرات ولتاژ خروجي در پل وتستون نيز بصورت رابطه زير مي باشد.

بدين ترتيب مي توان تغييرات ارتفاع سطح آب را به تغييرات ولتاژ تبديل کرد. اين تغييرات بصوررت يک کميت آنالوگ مي باشد که براي تبديل آن بصورت ديجيتال بايستي از مبدلهاي آنالوگ به ديجيتال استفاده کرد.

در ادامه به فرم ديگري از بکارگيري شـناور در اندازه گيـري ارتفـاع سـطح آب پرداخته مي شود. در شکل زير از يک شناور، پولي و وزنه متعادل کننده استفاده شده است. بدين تـرتيب با

Water level      

 سيستم اندازه گيري سطح آب با استفاده از شناور و پولي

جابجا شدن شناور، پولي شروع به چرخش خواهد کرد. چرخش پولي، مشابه روش قبل به ولتاژ تبديل مي شود. براي تبديل چرخش به کميتهاي قابل اندازه گيري، مي توان از انکودرهاي نوري و يا مکانيکي استفاده نمود. در شکل زير برخي از اين انکودرها نمايش داده شده است.

                   

interrupter 

(الف)    

5-2 fig

در شکل (الف) حرکت چرخش ديسک باعث عبور داندانه ها ازمقابلProximity switch مي گردد. اين سوئيچ ها بصورت سلفي و يا خازني عمل کرده و نزديک شدن فلز را حس مي کنند. بدين ترتيب در خروجي اين سوئيچ ها شکل موج پالسي خواهيم داشت. تعداد پالسها نمايشگر ميزان چرخش ديسک مي باشد. براي استفاده از اين انکودر (که تحت عنوان انکودرهاي مکانيکي نام گذاري شده اند) در اندازه گيري چرخش پولي در شکل قبل، کافي است که شفت پولي و شفت ديسک به يکديگر کوپل شوند.

در شکل (ب) انکودر نـوري رسـم شده است. در اين حالت يک ديسـک شـفاف که تعـداد زيادي نــوار شـعاعي تيـره رنـگ روي آن چـاپ شده است را مي توان مشاهده کـرد از يک عنصــر بنام photo interrupter نيز استفاده شده است. اين عنصر داراي شـياري براي عبـور ديسـک از درون آن مي باشـد. رد شــدن نــوارهاي تيره و شـفاف باعـث قطع و برقراري نور در طرفين photo interrupter شده و در خروجي اين عنصر شکل پالسي ولتاژ قابل مشاهده خواهد بود. پس در استفاده از انکودرها مي توان اين مزيت مهم را در مقايسه با پتانسيومترها مشاهده کرد که مستقيما" اطلاعات مربوط به چرخش بصورت ديجيتال در اختيار کاربر قرار مي گيرد.

در جمع بندي مي توان شکل يک سيستم اندازه گيري سطح آب رودخانه را به کمک حسگر شناوري بصورت زير در نظر گرفت

در انتهاي اين فصل بمنظور اشراف بيشتر به روشهاي اشاره شده و انجام مقايسه بين آنان، جدول زير ارائه مي گردد. در اين جدول مزايا، معايب و مشخصات هر روش ذکر شده است.

 

روش اندازه گيري

محدوده عملکرد

خطا

هزينه

وابستگي به عوامل محيطي

سادگي در پياده سازي

نگهداري

اندازه گيري با شناور

زياد

نسبتا" زياد

کم

زياد

خوب

بد

اندازه گيري با استفاده از هدايت الکتريکي

نسبتا" زياد

زياد

کم

زياد

خوب

بد

اندازه گيري با استفاده از ظرفيت خازني

معمولي

زياد

معمولي

زياد

معمولي

معمولي

اندازه گيري با استفاده از فشار مکانيکي

زياد

معمولي

معمولي

نسبتا" زياد

خوب

معمولي

اندازه گيري با استفاده از load cell

زياد

معمولي

معمولي

زياد

معمولي

بد

ultrasonic

معمولي

کم

زياد

نسبتا" زياد

بد

معمولي

radar

نسبتا" زياد

خيلي کم

خيلي زياد

کم

معمولي

معمولي

روش های تست التراسونیک

روش های تست التراسونیک

تست التراسونیک (Ultrasonic Test) یا به اختصار UT یکی از تست های غیر مخرب است که بر مبنای ارسال امواج فراصوت (ماوراء صوتی) به داخل قطعه ی مورد بازرسی و بررسی چگونگی انتشار آن در داخل قطعه استوار است. موج فراصوت تا وقتی که محیط یکنواختی را در داخل قطعه طی می کند، مسیر اولیه خود را ادامه می دهد و به محض برخورد با عیب (ناپیوستگی یا ناهمگنی ساختاری) تماما یا بخشی از آن در فصل مشترک محیط اول (محیط داخل قطعه) و محیط دوم (ناپیوستگی) انعکاس می یابد.

یکی از قدیمی ترین روش های بررسی غیر مخرب مقایسه طنین صدای حاصل از ضربه چکش کوچکی به قطعه مورد تست با طنین صدای ضربه ای با همان شدت به قطعه سالم مشابه آن بود. به این ترتیب سالم بودن یا نبودن قطعه مشخص می شد. البته این روش بررسی روش حساسی نبود که شناسایی عیوب ریز را ممکن سازد. از طرفی دیگر عیب قابل شناسایی به حساسیت گوش شخص تست کننده بستگی داشت. با دستیابی به امواج فراصوت با فرکانس های بالا شناسایی عیوب ریز داخلی قطعات امکان پذیر شد و کاربرد این روش به طور گسترده ای توسعه یافت.

تست التراسونیک

امروزه تست التراسونیک یا فراصوت به دلیل قدرت نفوذ بالای امواج فراصوتی، حساسیت بالای تجهیزات مربوط به آن، هزینه های نسبتا پایین و سرعت عمل مناسب در کنترل کیفیت محصولات فرآیند های تولید (از قبیل کشش، نورد، فورجینگ، اکستروژن) و هم چنین درز جوش ها کاربرد وسیعی دارد.

تست التراسونیک در قطعات ریخته گری شده بیشتر برای شناسایی عیوبی از قبیل حفره ها، شکاف ها ترک ها ترک های انقباضی و ناخالصی های غیر فلزی کاربرد دارد. از تست التراسونیک برای اندازه گیری و کنترل ابعاد نیز استفاده می شود.

محدودیت های تست التراسونیک عبارتند از قطعات با شکل های پیچیده، با برش ها یا ناپیوستگی های بسیار ریز و پراکنده، ساختار نامطلوب داخلی از لحاظ اندازه دانه های کریستالی، حفره های بسیار ریز، رسوب های ریز و پراکنده و ناخالصی های غیر فلزی همگی موجب بروز خطا در تفسیر نتیجه تست التراسونیک می سوند.

 

روش های تست التراسونیک

 
 
 

قسمتی از موج التراسونیک پس از عبور از محیط اول و برخورد به مرز مشترک دو محیط می تواند داخل محیط دوم شود و بخشی هم در همان محیط اول انعکاس یابد. به این ترتیب هر نوع عیب و ناهمگنی موجود در قطعه به علت داشتن مقاومت ظاهری متفاوت با محیط قطعه (محیط اول)، محیط دوم محسوب می شود که می تواند موجب عبور بخشی از موج و بازتاب بخشی دیگر از آن شود.

به طور کلی در تست التراسونیک بر حسب این که موج صوتی عبور کرده از محیط قطعه و یا بخش بازتاب یافته از آن مورد بررسی و ارزیابی قرار گیرد، دو روش وجود دارد:

 

1- روش عبوری

در روش عبوری از دو دستگاه فرستنده و گیرنده موج التراسونیک، یکی به عنوان فرستنده موج صوتی در یک طرف قطعه و دیگری به عنوان گیرنده موج در طرف مقابل آن استفاده می شود.

در این روش فرستنده موج التراسونیک توسط دستگاه فرستنده به طور ضربه ای (پالسی) و یا پیوسته به داخل قطعه مورد تست فرستاده می شود. کمیتی که در این  روش اندازه گیری می شود، دامنه شدت و یا فشار موج صوتی عبور کرده از قطعه است. وجود هر گونه عیب یا ناهمگنی در قطعه بین دستگاه فرستنده و گیرنده سبب می شود که شدت موج التراسونیک در نتیجه بازتاب جزئی یا کلی موج کاهش یابد و یا به صفر برسد. البته با این روش موقعیت عیب را با یک مرحله تست نمی توان شناسایی کرد.

قابل توجه است که قبل از تست سطح قطعه باید کاملا تمیز گردد، مخصوصا از پوسته های اکسیدی، دقت این تست به حساسیت یا دقت دستگاه شدت یا فشار سنج بستگی دارد.

مسئله دیگری که در این روش وجود دارد، وجود دو مرز انتقال بین سطح قطعه و دستگاه های فرستنده و گیرنده موج و جفت شدگی کامل آن ها است که باید مورد توجه قرار گیرد.

این روش عمدتا برای بررسی قطعات با ضخامت کم مانند انواع ورق ها و تسمه ها، برای بررسی ساختار میکروسکپی و هم چنین برای بررسی گرافیت در چدن خاکستری و نحوه پراکندگی آن ها در قطعه به کار می رود.

معایب روش عبوری عبارتند از:

- در این روش دو کاوشگر (یکی به عنوان فرستنده و دیگری گیرنده) مورد نیاز است. به این ترتیب هر دو طرف قطعه باید  قابل دسترسی باشد.

- دو سطح قطعه باید موازی باشند، در غیر این صورت تست می تواند دچار مشکل شود.

- موقعیت عیب قابل تشخیص نیست (البته چنانچه بررسی فقط از دو سطح مقابل قطعه انجام گیرد).

 

2- روش موج صوتی ضربه ای یا روش انعکاسی

در این روش از موج صوتی بازتاب برای بررسی قطعه و شناسایی عیب استفاده می شود. در این روش موج  فراصوتی به صورت ضربه ای (پالسی) کوتاه مدت (از 1 تا 10میکروثانیه) از طریق دستگاه فرستنده که به عنوان دستگاه گیرنده هم عمل می کند، به داخل قطعه مورد تست ارسال می شود. این پالس ها موج فراصوتی از داخل قطعه عبور کرده و پس از برخورد به مرز دو محیط (اعم از سطح مرزی عیب یا سطح مقابل قطعه) طبق قوانین فیزیکی، انعکاس کلی یا جزئی می یابد. اگر سطح مرزی عیب عمود بر جهت انتشار موج صوتی باشد، موج بازتاب در همان امتداد به مبدا خود بازگشته و توسط همان دستگاه فرستنده که اکنون به عنوان گیرنده عمل می کند، گرفته شده و به پالس الکتریکی تبدیل می شود. در اینجا دستگاه مبدل موج صوتی در دوره تناوب های سریع و معینی به عنوان فرستنده و گیرنده عمل می کند. ضمنا برای انتقال پالس های امواج صوتی به داخل قطعه از لایه بسیار نازک روغنی (مانند گلیسیرین) استفاده می شود. به کمک یک دستگاه اسیلوسکوپ می توان شدت یا فشار پالس های ورودی و برگشتی امواج فراصوتی را نمایان ساخت.

مدت زمان رفت و برگشت موج صوتی به سرعت انتشار صوت در محیط قطعه مورد تست بستگی دارد. با توجه به این که سرعت انتشار موج صوت در یک محیط معین مقدار ثابتی است و موج مسافت های  x و a (که x برابر با فاصله سطح قطعه تا عیب و ش ضخامت قطعه است) را به صورت رفت و برگشت پیموده است، روابط زیر را می توان برای آن ها نوشت:

2x=t1c

2a=t2c

اکنون با نسبت دادن دو رابطه فوق به یکدیگر محل دقیق عیب از رابطه زیر به دست می آید:

Syntax error from line 1 column 49 to line 1 column 73. Unexpected 'mathsize'.

فواصل زمانی ارسال موج به داخل قطعه مورد تست باید به گونه ای باشد که موج در حال ورود به داخل قطعه با موج بازتاب برخورد نکند. از طرفی تمامی انرژی موج صوتی منعکس شده به انرژی الکتریکی تبدیل نمی شود، بلکه بخشی از آن به انرژی الکتریکی تبدیل می شود و بخش دیگر در مرز مشترک بین قطعه و ماده واسط، مانند روغن، مجددا منکعس می گردد، به این ترتیب چندین پالس به دنبال هم می تواند دریافت شود.حساسیت روش انعکاسی به فواصل زمانی پالس های صوتی بستگی دارد. اگر ضخامت قطعه مورد تست بسیار کم باشد، لازم است فاصله بین پالس اول و دوم بسیار کوتاه مدت باشد، در غیر این صورت تشخیص پالس ناشی از عیب یا ناهمگنی ممکن نیست.

مزایای این روش:

- محل عیب دقیقا شناسایی خواهد شد.

- در دسترس بودن یک سمت قطعه کافی خواهد بود.

 

3- روش غوطه وری:

در روش غوطه وری قطعه مورد بررسی و کاوشگر به طور کامل در مخزنی از مایع (معمولا آب) غوطه ور می شود. معمولا مناسب تر است که موج صوتی از فاصله ای بیش از ضخامت قطعه به داخل آن ارسال شود تا از تداخل امواج بازتاب در محدوده تست جلوگیری شود. این فاصله باید به گونه ای انتخاب شود که زمان عبور موج صوتی در مایع بیش از زمان عبور موج در قطعه باشد. در این صورت فاصله ای که موج صوتی در مایع طی می کند بزرگتر و یا حداقل برابر با مسافتی است که در قطعه طی می کند.محدودیت این روش کاربرد آن برای قطعات کوچک است.

تست التراسونیک

 

4- روش فواره ای:

روش فواره ای به این شکل است که در آن آب توسط افشانکی به قطعه پاشیده می شود و کاوشگر در داخل آب قرار می گیرد. به کمک این روش قطعات با طول زیاد را هم، که به راحتی نمی توان در مخزن حاوی مایع غوطه ور ساخت، می توان بررسی کرد. این روش هم چنین برای بررسی قطعات دارای سطوح ناصاف و زبر نیز به کار می رود.

 

5- روش استفاده از چرخ لاستیکی

در این روش کاوشگر مطابق شکل در مرکز چرخ لاستیکی پر از آب، که می تواند حول محورش بچرخد، قرار می گیرد. حرکت چرخ لاستیکی به گونه ای است که همواره در تماس کامل با سطح قطعه مورد تست می باشد. نقص این روش این است که مقداری از انرژی صوتی در سطوح مرزی بین محیط های گوناگون (مایع، قطعه، کاوشگر و مایع) از بین می رود. در این روش می توان از چندین کاوشگر به طور همزمان در جهات مختلف استفاده کرد.

 

انتخاب مناسب ترین فرکانس تست التراسونیک

 
 

انتخاب فرکانس و یا طول موج در تست التراسونیک هم از لحاظ حساسیت و قدرت تشخیص عیب و هم از نظر عمق نفوذ اهمیت ویژه ای دارد. یکی از عوامل مهم در شناسایی عیب از طریق تست التراسونیک اندازه عیب در مقایسه با طول موج است و طول موج خود تابعی است از فرکانس (Syntax error from line 1 column 49 to line 1 column 73. Unexpected 'mathsize'.) اگر عیبی را که تقریبا کروی شکل است در نظر بگیریم، هر گاه قطر آن بزرگتر از طول موج باشد، با اطمینان کامل قابل شناسایی است. بنابراین هر چقدر فرکانس موج صوتی بالاتر و یا به عبارت دیگر هر چقدر طول موج کوتاه تر انتخاب شود قدرت تشخیص برای عیوب ریز افزایش می یابد. در مقابل هر چقدر طول موج کوتاه تر انتخاب شود عمق نفوذ موج صوتی افزایش می یابد، اما در صورت وجود عیب و موانع ریز و ازدیاد مرز دانه ها با برخورد موج صوتی با آن ها پراکندگی و جذب بیشتر شده و مقدار بیشتری از انرژی موج صوتی کاسته می شود و نتجتا عمق نفوذ کاهش می یابد. علاوه بر آن دستگاه مولد موج صوتی با فرکانس بالا دارای پالس های باریکتر و در نتیجه قدرت تفکیک مناسب تری است. ولی از طرفی چنانچه فرکانس موج صوتی بسیار بالا (یا طول موج بسیار کوتاه) باشد در مواد کریستالی هر دانه کریستالی خود مرکز پخش و پراکندگی امواج خواهد شد، به طوری که قدرت تفکیک کاهش می یابد و پالس بازتاب دیگر به خوبی قابل شناسایی نخواهد بود.

 در قطعات فلزی هر چقدر مرز دانه ها و ناخالصی های موجود در آن ها بیشتر باشد پراکندگی شدیدتر  است.  هم چنین موقعی که مدول الاستیک ناهمگنی بیشتر باشد این پدیده قویتر صورت می گیرد.

در بررسی مواد کریستالی با در نظر گرفتن مطالب عنوان شده، که از یک طرف نباید فرکانس بالا باشد که موجب افزایش پراکندگی شود و در نتیجه موج صوتی بتواند به خوبی در محیط مورد بررسی انتشار یابد، برای انتخاب امواج التراسونیک محدوده های زیر توصیه شده است:

برای مواد سرامیکی، فولادی و آلومینیومی پرسکاری و فورج شده از فرکانس های بین 2 تا 6 مگاهرتز و برای قطعات ریخته گری شده؛ مانند چدن خاکستری، که معمولا دارای دانه های درشت تری است، از فرکانس های بین 0.5 تا 3 مگا هرتز استفاده می شود. چدن خاکستری لایه ای به خوبی گرافیت کروی قابل تست نیست.

برای مواد غیر کریستالی، مثل مواد پلیمری (مانند پلیمر شیشه ای، پلی اتیلن، پلی پروپیلن)، با توجه به بالا بودن تضعیف موج صوتی از طریق جذب و شدت یافتن آن با افزایش فرکانس باید در انتخاب فرکانس های بالا دقت به عمل آید. بنابراین در حالی که بررسی قطعات پلیمری با ضخامت های کم به خوبی با فرکانس های بالا امکان پذیر است، برای قطعات ضخیم تر باید از کاوشگرهای با فرکانس پایین تر استفاده کرد. از این جهت در این گونه موارد از فرکانس های بین 0.5 تا 2 مگا هرتز استفاده می شود. اما در مواردی می توان کاوشگر های با حساسیت بالا را نیز به کار برد.

برای بتن و موادی از این قبیل اغلب از فرکانس های بین 20 تا 200 کیلوهرتز استفاده می شود.

به طور کلی برای این که مرز دانه ها سبب پراکندگی زیاد و ایجاد اختلال نشود، باید از فرکانس هایی استفاده کرد که طول موج حاصل از آن بسیار بزرگتر از اندازه دانه های کریستالی قطعه مورد تست باشد. از طرف دیگر باید طول موج کوچکتر از اندازه عیب یا ناهمگنی باشد تا با بازتاب موج صوتی از عیب، عیب قابل تشخیص باشد.

بازرسی جوش به روش التراسونیکUT

بازرسی جوش به روش التراسونیکUT

تست التراسونیک (Ultrasonic Test) یا به اختصار UT یکی از تست های غیر مخرب است که بر مبنای ارسال امواج فراصوت (ماوراء صوتی) به داخل قطعه ی مورد بازرسی و بررسی چگونگی انتشار آن در داخل قطعه استوار است. موج فراصوت تا وقتی که محیط یکنواختی را در داخل قطعه طی می کند، مسیر اولیه خود را ادامه می دهد و به محض برخورد با عیب (ناپیوستگی یا ناهمگنی ساختاری) تماما یا بخشی از آن در فصل مشترک محیط اول (محیط داخل قطعه) و محیط دوم (ناپیوستگی) انعکاس می یابد.

یکی از قدیمی ترین روش های بررسی غیر مخرب مقایسه طنین صدای حاصل از ضربه چکش کوچکی به قطعه مورد تست با طنین صدای ضربه ای با همان شدت به قطعه سالم مشابه آن بود. به این ترتیب سالم بودن یا نبودن قطعه مشخص می شد. البته این روش بررسی روش حساسی نبود که شناسایی عیوب ریز را ممکن سازد. از طرفی دیگر عیب قابل شناسایی به حساسیت گوش شخص تست کننده بستگی داشت. با دستیابی به امواج فراصوت با فرکانس های بالا شناسایی عیوب ریز داخلی قطعات امکان پذیر شد و کاربرد این روش به طور گسترده ای توسعه یافت.

امروزه تست التراسونیک یا فراصوت به دلیل قدرت نفوذ بالای امواج فراصوتی، حساسیت بالای تجهیزات مربوط به آن، هزینه های نسبتا پایین و سرعت عمل مناسب در کنترل کیفیت محصولات فرآیند های تولید (از قبیل کشش، نورد) و هم چنین درز جوش ها کاربرد وسیعی دارد.

تست التراسونیک در قطعات ریخته گری  شده بیشتر برای شناسایی عیوبی از قبیل حفره ها، شکاف ها ترک ها ترک های انقباضی و ناخالصی های غیر فلزی کاربرد دارد. از تست التراسونیک برای اندازه گیری و کنترل ابعاد نیز استفاده می شود.

محدودیت های تست التراسونیک عبارتند از قطعات با شکل های پیچیده، با برش ها یا ناپیوستگی های بسیار ریز و پراکنده، ساختار نامطلوب داخلی از لحاظ اندازه دانه های کریستالی، حفره های بسیار ریز، رسوب های ریز و پراکنده و ناخالصی های غیر فلزی همگی موجب بروز خطا در تفسیر نتیجه تست التراسونیک می سوند.

روش های تست التراسونیک:

قسمتی از موج التراسونیک پس از عبور از محیط اول و برخورد به مرز مشترک دو محیط می تواند داخل محیط دوم شود و بخشی هم در همان محیط اول انعکاس یابد. به این ترتیب هر نوع عیب و ناهمگنی موجود در قطعه به علت داشتن مقاومت ظاهری متفاوت با محیط قطعه (محیط اول)، محیط دوم محسوب می شود که می تواند موجب عبور بخشی از موج و بازتاب بخشی دیگر از آن شود.

به طور کلی در تست التراسونیک بر حسب این که موج صوتی عبور کرده از محیط قطعه و یا بخش بازتاب یافته از آن مورد بررسی و ارزیابی قرار گیرد، دو روش وجود دارد:

- روش عبوری

در روش عبوری از دو دستگاه فرستنده و گیرنده موج التراسونیک، یکی به عنوان فرستنده موج صوتی در یک طرف قطعه و دیگری به عنوان گیرنده موج در طرف مقابل آن استفاده می شود.

در این روش فرستنده موج التراسونیک توسط دستگاه فرستنده به طور ضربه ای (پالسی) و یا پیوسته به داخل قطعه مورد تست فرستاده می شود. کمیتی که در این  روش اندازه گیری می شود، دامنه شدت و یا فشار موج صوتی عبور کرده از قطعه است. وجود هر گونه عیب یا ناهمگنی در قطعه بین دستگاه فرستنده و گیرنده سبب می شود که شدت موج التراسونیک در نتیجه بازتاب جزئی یا کلی موج کاهش یابد و یا به صفر برسد. البته با این روش موقعیت عیب را با یک مرحله تست نمی توان شناسایی کرد.

قابل توجه است که قبل از تست سطح قطعه باید کاملا تمیز گردد، مخصوصا از پوسته های اکسیدی، دقت این تست به حساسیت یا دقت دستگاه شدت یا فشار سنج بستگی دارد.

مسئله دیگری که در این روش وجود دارد، وجود دو مرز انتقال بین سطح قطعه و دستگاه های فرستنده و گیرنده موج و جفت شدگی کامل آن ها است که باید مورد توجه قرار گیرد.

این روش عمدتا برای بررسی قطعات با ضخامت کم مانند انواع ورق ها و تسمه ها، برای بررسی ساختار میکروسکپی و هم چنین برای بررسی گرافیت در چدن خاکستری و نحوه پراکندگی آن ها در قطعه به کار می رود.

معایب روش عبوری عبارتند از:

- در این روش دو کاوشگر (یکی به عنوان فرستنده و دیگری گیرنده) مورد نیاز است. به این ترتیب هر دو طرف قطعه باید  قابل دسترسی باشد.

- دو سطح قطعه باید موازی باشند، در غیر این صورت تست می تواند دچار مشکل شود.

- موقعیت عیب قابل تشخیص نیست (البته چنانچه بررسی فقط از دو سطح مقابل قطعه انجام گیرد).

۲- روش موج صوتی ضربه ای یا روش انعکاسی

در این روش از موج صوتی بازتاب برای بررسی قطعه و شناسایی عیب استفاده می شود. در این روش موج  فراصوتی به صورت ضربه ای (پالسی) کوتاه مدت (از ۱ تا ۱۰میکروثانیه) از طریق دستگاه فرستنده که به عنوان دستگاه گیرنده هم عمل می کند، به داخل قطعه مورد تست ارسال می شود. این پالس ها موج فراصوتی از داخل قطعه عبور کرده و پس از برخورد به مرز دو محیط (اعم از سطح مرزی عیب یا سطح مقابل قطعه) طبق قوانین فیزیکی، انعکاس کلی یا جزئی می یابد. اگر سطح مرزی عیب عمود بر جهت انتشار موج صوتی باشد، موج بازتاب در همان امتداد به مبدا خود بازگشته و توسط همان دستگاه فرستنده که اکنون به عنوان گیرنده عمل می کند، گرفته شده و به پالس الکتریکی تبدیل می شود. در اینجا دستگاه مبدل موج صوتی در دوره تناوب های سریع و معینی به عنوان فرستنده و گیرنده عمل می کند. ضمنا برای انتقال پالس های امواج صوتی به داخل قطعه از لایه بسیار نازک روغنی (مانند گلیسیرین) استفاده می شود. به کمک یک دستگاه اسیلوسکوپ می توان شدت یا فشار پالس های ورودی و برگشتی امواج فراصوتی را نمایان ساخت.

مدت زمان رفت و برگشت موج صوتی به سرعت انتشار صوت در محیط قطعه مورد تست بستگی دارد. با توجه به این که سرعت انتشار موج صوت در یک محیط معین مقدار ثابتی است و موج مسافت های  x و a (که x برابر با فاصله سطح قطعه تا عیب و ش ضخامت قطعه است) را به صورت رفت و برگشت پیموده است، روابط زیر را می توان برای آن ها نوشت:

۲x=t1c

2a=t2c

اکنون با نسبت دادن دو رابطه فوق به یکدیگر محل دقیق عیب از رابطه زیر به دست می آید:

فواصل زمانی ارسال موج به داخل قطعه مورد تست باید به گونه ای باشد که موج در حال ورود به داخل قطعه با موج بازتاب برخورد نکند. از طرفی تمامی انرژی موج صوتی منعکس شده به انرژی الکتریکی تبدیل نمی شود، بلکه بخشی از آن به انرژی الکتریکی تبدیل می شود و بخش دیگر در مرز مشترک بین قطعه و ماده واسط، مانند روغن، مجددا منکعس می گردد، به این ترتیب چندین پالس به دنبال هم می تواند دریافت شود.حساسیت روش انعکاسی به فواصل زمانی پالس های صوتی بستگی دارد. اگر ضخامت قطعه مورد تست بسیار کم باشد، لازم است فاصله بین پالس اول و دوم بسیار کوتاه مدت باشد، در غیر این صورت تشخیص پالس ناشی از عیب یا ناهمگنی ممکن نیست.

مزایای این روش:

- محل عیب دقیقا شناسایی خواهد شد.

- در دسترس بودن یک سمت قطعه کافی خواهد بود.

۳- روش غوطه وری:

در روش غوطه وری قطعه مورد بررسی و کاوشگر به طور کامل در مخزنی از مایع (معمولا آب) غوطه ور می شود. معمولا مناسب تر است که موج صوتی از فاصله ای بیش از ضخامت قطعه به داخل آن ارسال شود تا از تداخل امواج بازتاب در محدوده تست جلوگیری شود. این فاصله باید به گونه ای انتخاب شود که زمان عبور موج صوتی در مایع بیش از زمان عبور موج در قطعه باشد. در این صورت فاصله ای که موج صوتی در مایع طی می کند بزرگتر و یا حداقل برابر با مسافتی است که در قطعه طی می کند.محدودیت این روش کاربرد آن برای قطعات کوچک است.

۴- روش فواره ای:

روش فواره ای به این شکل است که در آن آب توسط افشانکی به قطعه پاشیده می شود و کاوشگر در داخل آب قرار می گیرد. به کمک این روش قطعات با طول زیاد را هم، که به راحتی نمی توان در مخزن حاوی مایع غوطه ور ساخت، می توان بررسی کرد. این روش هم چنین برای بررسی قطعات دارای سطوح ناصاف و زبر نیز به کار می رود.

۵- روش استفاده از چرخ لاستیکی

در این روش کاوشگر مطابق شکل در مرکز چرخ لاستیکی پر از آب، که می تواند حول محورش بچرخد، قرار می گیرد. حرکت چرخ لاستیکی به گونه ای است که همواره در تماس کامل با سطح قطعه مورد تست می باشد. نقص این روش این است که مقداری از انرژی صوتی در سطوح مرزی بین محیط های گوناگون (مایع، قطعه، کاوشگر و مایع) از بین می رود. در این روش می توان از چندین کاوشگر به طور همزمان در جهات مختلف استفاده کرد.

انتخاب مناسب ترین فرکانس تست التراسونیک:

انتخاب فرکانس و یا طول موج در تست التراسونیک هم از لحاظ حساسیت و قدرت تشخیص عیب و هم از نظر عمق نفوذ اهمیت ویژه ای دارد. یکی از عوامل مهم در شناسایی عیب از طریق تست التراسونیک اندازه عیب در مقایسه با طول موج است و طول موج خود تابعی است از فرکانس () اگر عیبی را که تقریبا کروی شکل است در نظر بگیریم، هر گاه قطر آن بزرگتر از طول موج باشد، با اطمینان کامل قابل شناسایی است. بنابراین هر چقدر فرکانس موج صوتی بالاتر و یا به عبارت دیگر هر چقدر طول موج کوتاه تر انتخاب شود قدرت تشخیص برای عیوب ریز افزایش می یابد. در مقابل هر چقدر طول موج کوتاه تر انتخاب شود عمق نفوذ موج صوتی افزایش می یابد، اما در صورت وجود عیب و موانع ریز و ازدیاد مرز دانه ها با برخورد موج صوتی با آن ها پراکندگی و جذب بیشتر شده و مقدار بیشتری از انرژی موج صوتی کاسته می شود و نتجتا عمق نفوذ کاهش می یابد. علاوه بر آن دستگاه مولد موج صوتی با فرکانس بالا دارای پالس های باریکتر و در نتیجه قدرت تفکیک مناسب تری است. ولی از طرفی چنانچه فرکانس موج صوتی بسیار بالا (یا طول موج بسیار کوتاه) باشد در مواد کریستالی هر دانه کریستالی خود مرکز پخش و پراکندگی امواج خواهد شد، به طوری که قدرت تفکیک کاهش می یابد و پالس بازتاب دیگر به خوبی قابل شناسایی نخواهد بود.

در قطعات فلزی هر چقدر مرز دانه ها و ناخالصی های موجود در آن ها بیشتر باشد پراکندگی شدیدتر  است.  هم چنین موقعی که مدول الاستیک ناهمگنی بیشتر باشد این پدیده قویتر صورت می گیرد.

در بررسی مواد کریستالی با در نظر گرفتن مطالب عنوان شده، که از یک طرف نباید فرکانس بالا باشد که موجب افزایش پراکندگی شود و در نتیجه موج صوتی بتواند به خوبی در محیط مورد بررسی انتشار یابد، برای انتخاب امواج التراسونیک محدوده های زیر توصیه شده است:

برای موادسرامیکی،فولادی وآلومنیومی پرسکاری و فورج شده از فرکانس های بین ۲ تا ۶ مگاهرتز و برای قطعات ریخته گری شده؛ مانند چدن خاکستری، که معمولا دارای دانه های درشت تری است، از فرکانس های بین ۰٫۵ تا ۳ مگا هرتز استفاده می شود. چدن خاکستری لایه ای به خوبی گرافیت کروی قابل تست نیست.

برای مواد غیر کریستالی، مثل مواد پلیمری (مانند پلیمر شیشه ای، پلی اتیلن، پلی پروپیلن)، با توجه به بالا بودن تضعیف موج صوتی از طریق جذب و شدت یافتن آن با افزایش فرکانس باید در انتخاب فرکانس های بالا دقت به عمل آید. بنابراین در حالی که بررسی قطعات پلیمری با ضخامت های کم به خوبی با فرکانس های بالا امکان پذیر است، برای قطعات ضخیم تر باید از کاوشگرهای با فرکانس پایین تر استفاده کرد. از این جهت در این گونه موارد از فرکانس های بین ۰٫۵ تا ۲ مگا هرتز استفاده می شود. اما در مواردی می توان کاوشگر های با حساسیت بالا را نیز به کار برد.

برای بتن و موادی از این قبیل اغلب از فرکانس های بین ۲۰ تا ۲۰۰ کیلوهرتز استفاده می شود.

به طور کلی برای این که مرز دانه ها سبب پراکندگی زیاد و ایجاد اختلال نشود، باید از فرکانس هایی استفاده کرد که طول موج حاصل از آن بسیار بزرگتر از اندازه دانه های کریستالی قطعه مورد تست باشد. از طرف دیگر باید طول موج کوچکتر از اندازه عیب یا ناهمگنی باشد تا با بازتاب موج صوتی از عیب، عیب قابل تشخیص باشد.

 

روش‌های تولید امواج التراسونیک

روش‌های تولید امواج التراسونیک

 

امواج آلتراسونیک را به دو صورت طبیعی و مصنوعی می توان تولید نمود. بصورت مصنوعی می توان با استفاده از مبدل های مغناطیسی  و مبدل های الکتریکی و  در روش طیعی از مواد دارای این خاصیت، مانند کوارتز تولید نمود.

 

  1. بصورت مصنوعی

    استفاده از مبدلهای مغناطیسی (Magneto-Strictive Transducer)

در این روش از مواد مغناطیسی استفاده می کنیم که خصوصیات آنها به گونه ایی است که هنگامی که داخل میدان مغناطیسی قرار می گیرند، تغییر طول می دهند و با تغییر طول خود میدان مغناطیسی تولید می کنند و با این روش امواج التراسونیک تولید می کنند.

برای مثال اگر بخواهیم نوسانی با فرکانس بیشتر از 20khz تولید کنیم، باید 20000 بار در ثانیه برق را قطع و وصل کنیم. بدین صورت 20000 نوسان صورت می گیرد و امواج التراسونیک تولید می‌شود. این امواج با ذرات برخورد می کنند و موجب نوسان ذرات می‌شوند و امواج صوتی تولید می کنند.

 

magnetostrictive

شکل 1- استفاده از مبدل‌های مغناطیسی جهت تولید امواج التراسونیک

استفاده از مبدلهای الکتریکی (Electro-Strictive Transducer)

اولین بار جاس و بیرکوری کوارتز را در آزمایش‌های خود استفاده کردند، امروزه از سرامیک‌های پلاریزه بجای کریستال‌های کوارتز استفاده می‌شود. مواد الکترواستریکتیو موادی هستند که هنگامی که داخل میدان الکتریکی قرار می گیرد، تغییر طول می دهند و همچنین با تغییر طول آنها میدان الکتریکی ایجاد می‌شود مانند پیزو الکتریک ها. در واقع پیزو الکتریک‌ها انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی (ارتعاش) تبدیل می کند.

این وضعیت بخاطر وجود دوقطبی‌های مثبت و منفی ایی (Dipole) است که در حالت عادی در جهت خاصی قرار گرفته اند و با اعمال میدان الکتریکی، جهت می گیرند که باعث افزایش یا کاهش طول می‌شود.


شکل 2- استفاده از مبدل‌های مغناطیسی جهت تولید امواج التراسونیک

با تغییر در ضخامت و در معرض جریان الکتریسیته قرار دادن کریستال‌ها می توان ارتعاشاتی با فرکانس‌های متفاوت بدست آورد. فرکانس بستگی به ضخامت کریستال و سرعت صوت در آن دارد. با فرمول زیر نیز می توان ضخامت کریستال را محاسبه کرد:


T׃ ضخامت کریستال

V׃ سرعت صوت در کریستال

f: فرکانس امواج التراسونیک

در تست‌های التراسونیک امواج تولید شده توسط پیزوالکتریک داخل قطعه با سرعت مشخص منتشر می‌شود که این سرعت بستگی به چگالی و الاستیسیته ی ماده دارد.


شکل 3- استفاده از مبدل‌های پیزوالکتریک جهت تولید امواج التراسونیک

لیتیم سولفات، تیتانات باریم، سرب زیرکونیوم تیتانات و سرامیکهای پلاریزه شده نمونه هایی از پیزوالکتریک‌های مصنوعی می باشند.

  1. بصورت طبیعی

جهت تولید امواج التراسونیک بصورت طبیعی می توان از پیزوالکتریک‌های طبیعی مانند کوارتز (SiO2) استفاده کرد.

در کریستال کوارتز سه محور قطبی وجود دارد (X1, X2, X3) که دارای ساختار هگزاگونال است. بار هر اتم سیلیکون 4+ و بار هر اتم اکسیژن 2- می باشد.


شکل 4- ساختار کوارتز

logo-samandehi