«ипу имени В. А. Трапезникова ран» (стр. 7 из 17)

Рентгеновские толщиномеры обладают высоким быстродействием (0,06—0,1 с) и точностью в пределах ± 1 % oт измеряемой толщины. Поэтому, несмотря на сложность установки, они применяются очень широко.

На рис. 1.21 представлена функциональная схема γ-толщиномера типа ЦИТРА, предназначенного для непрерывного бесконтактного измерения толщины стальной полосы в процессе горячей прокатки.

Рис. 1.21. Функциональная схема толщиномера типа ЦИТРА

Принцип действия этого прибора основан на измерении поглощения γ-излучения, проходящего через контролируемый лист. В качестве источника γ-излучения используется радиоактивный изотоп цезия ¹³⁷Cs, детектором служит сцинтилляционный счетчик, состоящий из кристалла NaI(Tl) и фотоумножителя. Поток γ-излучения от источника 1 проходит через измеряемый лист 2 и падает на детектор 3. Детектор излучения преобразует поток γ-излучения в электрический сигнал, который в виде напряжения поступает на вход измерительной схемы 4. Далее сигнал проходит по двум каналам. По одному каналу сигнал, пропорциональный измеряемой толщине, через запоминающее устройство 6 выдается на световое табло 9. Результат измерения регистрируется цифро-печатающим механизмом 10 со скоростью до двух замеров в секунду. По другому каналу в виде переменного напряжения сигнал поступает в дешифратор регулирования 8, с помощью которого устанавливается компенсация в блоке измерения. Диапазон измерения задается блоком 5. Управление настраивается блоком 7.

Измерительная головка толщиномера монтируется на тележке, перемещающейся по рельсам, и может работать при температуре контролируемого листа до 1300 °С.

На рис. 1.22 представлена функциональная схема радиоизотопного толщиномера, предназначенного для непрерывного бесконтактного измерения толщины стальной полосы в процессе холодной прокатки. Принцип действия

Рис. 1.22. Функциональная схема толщиномера

такого прибора основан на измерении поглощения радиоактивного излучения, проходящего через контролируемый лист. В качестве источника β-излучения используется радиоактивный изотоп ⁹⁰Sr, а в качестве детектора излучения — дифференциальная ионизационная камера. Поток радиоактивного излучения от основного источника 2 проходит через контролируемый лист 1 и попадает на одну половину 3 дифференциальной ионизационной камеры. Во вторую ее половину 4 попадает излучение от компенсационного радиоактивного источника излучения 5. Сравнение величины излучения от источника 2 с величиной компенсирующего потока от источника 5 осуществляется при помощи измерения возникающего напряжения постоянного тока на нагрузочном сопротивлении R, включенного последовательно с собирающим электродом дифференциальной ионизационной камеры. Это напряжение того или иного знака далее усиливается и поступает на измерительный прибор. Для повышения точности измерения в приборе использована компенсационная схема, в которой реверсивный двигатель 8, включенный на выходе усилителя 7, перемещает шторку 6 компенсирующего источника излучения 5 до момента наступления компенсации токов ионизационных камер, при этом сигнал на сопротивлении R будет отсутствовать. Угол поворота шторки при помощи следящего устройства передается на показывающий прибор 9.

Радиоизотопные измерители толщины полосы в процессе холодной прокатки (типы ИТ-5465 и ИТ-5555) измеряют толщину на площадке диаметром 25 мм при минимальной ширине измеряемой полосы 55 и 30 мм. Диапазон измерения составляет 0,02-1 мм, погрешность измерения ±1-1,5% от измеряемой толщины.

Радиоизотопные приборы проще в эксплуатации, имеют меньшие габариты и дешевле рентгеновских, однако по быстродействию они значительно уступают последним.

Определение толщины методом рассеяния

Для измерения толщины листа, труб, стенок различных изделий, когда доступ к объекту контроля возможен только с одной стороны, используют метод отраженного рассеяния. γ-лучи, попадающие в вещество, рассеиваются электронами атомов, входящих в состав данного материала. При этом интенсивность обратного рассеяния изменяется в зависимости от числа электронов в атомах и от толщины вещества. Так как для ряда материалов число электронов пропорционально плотности, то при прокатке металла с одинаковой плотностью по рассеянию γ-лучей можно делать заключение о толщине этих материалов. Зависимость плотности потока обратного рассеянного излучения

от толщины рассеивателя определяется выражением:

, (9)

где

- плотность потока электромагнитного излучения на входе в металл;

δ - толщина металла;

k - коэффициент обратного рассеяния, зависящий от телесного угла, в котором регистрируется рассеяние;

т - постоянный коэффициент, зависящий от энергии излучения (к и т определяются эмпирическими формулами).

На принципе рассеяния работает отражательный переносный толщиномер ТОР-1. Измерение толщины этим прибором осуществляется путем регистрации обратного рассеяния γ-излучения, интенсивность которого пропорциональна толщине.

Функциональная схема отражательного толщиномера ТОР-1 изображена на рис. 1.23.

Рис. 1.23. Функциональная схема прибора для измерения толщины листа методом рассеяния

При облучении контролируемого объекта 1 источником излучения 2 часть отраженных γ-лучей попадает в кристалл сцинтилляционного счетчика 3, вызывая световые вспышки. Фотоэлектронный умножитель 4 преобразует эти вспышки в электрические импульсы. Последние усиливаются в усилителях 5-7, преобразуются и затем регистрируются измерительным прибором 8. Питание электрической схемы производится от стабилизатора напряжения 9 и преобразователя 10.

Современный ультразвуковой измеритель толщины металла

«Т-Мike ЕМ»

Ультразвуковой метод контроля толщины металла основан на формировании в преобразователе узкого слаборасходящегося ультразвукового пучка. Такой пьезопреобразователь, способный излучать и принимать короткие акустические импульсы, обеспечивает режим контроля толщины, близкий к оптимальному.

Структурная схема ультразвукового измерителя толщины (рис. 1.24) состоит из ряда систем, обеспечивающих наиболее удобную эксплуатацию аппаратуры и высокую точность измерений.

Рис. 1.24. Структурная схема ультразвукового измерителя толщины

Генератор зондирующих импульсов 7 вырабатывает импульс электрических колебаний, возбуждающий ультразвуковые колебания в преобразователе 3. Отраженные от края или дефекта полосы ультразвуковые сигналы принимает совмещено-раздельный преобразователь и трансформирует их в электрические импульсы, которые поступают на вход усилителя 1. Коэффициент усиления регулируется во времени с помощью системы 4 временного регулирования чувствительности (ВРЧ). Усиленный до требуемой величины сигнал поступает на вход электронно-лучевого индикатора 6 и системы АСД 2. Синхронизатор 8 обеспечивает требуемую временную последовательность работы всех узлов измерителя одновременно с запуском генератора импульсов или с некоторой заданной задержкой. Он приводит в действие генератор развертки 9 электронно-лучевого индикатора. Развертка позволяет различать по времени приход сигналов от объектов отражения, расположенных на разном расстоянии от преобразователя, например, сигналы от дефектов отличать от донного сигнала. Синхронизатор также управляет работой блоков ВРЧ и АСД.

Современные измерители типа «Т-Мike ЕМ» снабжены устройствами для измерения амплитуды и времени прихода отраженного сигнала. Схему их включения выполняют по-разному. На рис. 1.24 показана одна из возможных структурных схем толщиномера. Здесь измерительное устройство 5 обрабатывает сигналы, поступившие от усилителя, с учетом времени поступления сигнала от синхронизатора и выдает цифровую информацию на электронно-лучевой индикатор или на отдельное табло.

Основными элементами генератора зондирующих импульсов является колебательный контур, включающий передающий пъезоэлемент и электронная схема, обеспечивающая генерацию коротких импульсов той или иной формы, заполненных высокочастотными колебаниями. Наибольшее распространение получили так называемые генераторы ударного возбуждения.

Перейдем к описанию приемно-усилительного тракта дефектоскопа. Этот тракт содержит предусилитель, измеритель амплитуд сигналов, усилитель высокой частоты, детектор и видеоусилитель.

Амплитуды сигналов чаще всего измеряют с помощью градуированного делителя напряжения – аттенюатора. При этом сравнивают амплитуды двух или нескольких сигналов в относительных единицах. За единицу (0 дб.) обычно принимают максимальный сигнал, соответствующий амплитуде акустического зондирующего импульса. Иногда за исходное значение принимают амплитуды других сигналов, например донного сигнала для контролируемого изделия. Требуемый диапазон измерения 60 – 80 дб. В последнее время разработаны автоматические измерители амплитуды с цифровым выходом, как в толщиномере «Т-Мike ЕМ».

В ультразвуковом толщиномере для излучения и приема ультразвуковых волн используются пьезопреобразователи. Преобразователи контактного типа предназначены для работы по совмещенной схеме, где один элемент исполняет роль излучателя, а другой – приемника ультразвуковых волн. В толщиномере датчиком служит раздельно - совмещенный преобразователь (рис. 1.25). Пьезопластина изготовлена из керамики ЦТС (рис. 1.25). На поверхности пьезопластины методом напыления в вакууме нанесены серебряные электроды,