[發(fā)明專利]測(cè)量單層或多層樣品的層的層厚和聲速的方法和測(cè)量裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201880064992.0
• 申請(qǐng)日: 2018-10-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111183332B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 斯文·埃伯特
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 弗萊克森柔性工業(yè)計(jì)量有限公司
• 主分類號(hào): G01B17/02
• 分類號(hào): G01B17/02;G01N29/07
• 代理公司: 成都超凡明遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51258
• 代理人: 王暉;李楠

本發(fā)明涉及對(duì)無(wú)法達(dá)到其內(nèi)側(cè)或下側(cè)的管道、容器或者板(以下稱為樣品)的壁厚的測(cè)量。除此之外，本發(fā)明還涉及這些樣品的涂層或者襯里的層厚的測(cè)量。公開(kāi)了借助于以一發(fā)一收和脈沖回波配置方式的超聲波發(fā)射器和超聲波接收器的專門測(cè)量裝置以及用于在不預(yù)知樣品中的聲速的情況下確定壁厚的相關(guān)方法。本發(fā)明的目的在于，不依賴于對(duì)樣品(例如管壁、容器壁或者板)的聲速的認(rèn)知，測(cè)量樣品的壁厚。另一目的在于，在不預(yù)知其聲速的情況下，測(cè)量多層系統(tǒng)(例如具有涂層或襯里的管壁)的單個(gè)層厚。該方法和測(cè)量裝置使得能夠不依賴于對(duì)樣品(例如管壁、容器壁或板)的聲速的認(rèn)知，測(cè)量壁厚。這使得管道的壁厚和內(nèi)徑的測(cè)量不確定度得以降低，并且由此使得外夾式超聲波流量計(jì)的測(cè)量不確定度得以降低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及對(duì)無(wú)法達(dá)到其內(nèi)側(cè)或下側(cè)的管道、容器或者板(以下稱為樣品)的壁厚的測(cè)量。除此之外，本發(fā)明還涉及這些樣品的涂層或者襯里的層厚的測(cè)量。公開(kāi)了借助于以一發(fā)一收和脈沖回波配置方式的超聲波發(fā)射器和接收器的專門測(cè)量裝置，以及用于在不預(yù)知樣品中的聲速的情況下確定壁厚的相關(guān)方法。

背景技術(shù)

例如在外夾式超聲波流量測(cè)量中有必要在不觸及內(nèi)側(cè)的情況下測(cè)量壁厚，在這種測(cè)量中，流量傳感器被綁在現(xiàn)有的壁厚未知的管道上。而且，在例如用于確定容器的抗壓強(qiáng)度的在非破壞性測(cè)試中，有必要在不進(jìn)入內(nèi)部空間的情況下測(cè)量壁厚。

外夾式超聲波流量測(cè)量的精確性主要受管道內(nèi)徑的不定性的影響?？梢院?jiǎn)單且精確地用卷尺測(cè)量管道的外徑。為了根據(jù)外徑計(jì)算內(nèi)徑，必須知道管道的壁厚。壁厚確定中的誤差最終表現(xiàn)為體積流量的測(cè)量誤差。因此，必須盡可能準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)壁厚確定。由于外夾式流量測(cè)量的非侵入式的方式，只有在極少數(shù)情況下才能通過(guò)測(cè)微螺旋或游標(biāo)卡尺，機(jī)械地測(cè)量壁厚或者內(nèi)徑。

可選地通過(guò)一個(gè)聲音換能元件(發(fā)射器和接收器是相同的元件)或者通過(guò)兩個(gè)聲音換能元件(一發(fā)一收(Pitch-Catch)配置)，以脈沖回波法借助于超聲波壁厚測(cè)量?jī)x(WDM)進(jìn)行的壁厚的測(cè)量對(duì)應(yīng)于現(xiàn)有技術(shù)。在該方法中，垂直于樣品表面，朝樣品發(fā)射超聲波脈沖。脈沖在樣品(管道內(nèi)壁或容器內(nèi)壁、板)中多次反射。每次回波都由超聲波壁厚測(cè)量?jī)x的接收器接收。根據(jù)回波序列中的脈沖間隔并且借助于關(guān)于樣品的聲速的認(rèn)知，就可以確定壁厚。為了獲得足夠精確的結(jié)果，必須先驗(yàn)已知聲速。在通常情況下，僅根據(jù)材料的粗略評(píng)估并且根據(jù)表格化的數(shù)值，評(píng)估聲速。對(duì)于鋼樣品，由于不同鋼種的聲速的散射，評(píng)估值可能會(huì)與真實(shí)值差2％。甚至沒(méi)有考慮管壁聲速的取決于溫度的偏差(100℃的溫差導(dǎo)致約1％的聲速誤差)。對(duì)于諸如鑄鐵或者塑料等鋼以外的材料，評(píng)估誤差會(huì)高得多。聲速的錯(cuò)誤評(píng)定直接導(dǎo)致壁厚的測(cè)量誤差。如果在外夾式流量測(cè)量中考慮到這一測(cè)量不確定度，則對(duì)于大型管道(例如DN1000，壁厚25mm)，管道壁厚的2％的錯(cuò)誤評(píng)估會(huì)導(dǎo)致0.2％的流量測(cè)量誤差。對(duì)于小型且厚壁的管道(例如4“SCH 120)，流量測(cè)量的誤差增長(zhǎng)至1％。

根據(jù)專利US 6883376 B2，已知了一種在不知道其聲速的情況下測(cè)量未知的管道壁厚的方法。不同于在此描繪的發(fā)明，該方法利用液浸和透射法。該方法要求待測(cè)量的管道必須裝滿水并且被浸入水浴中。該方法不適用于在不對(duì)其進(jìn)行拆卸的情況下，在設(shè)備中測(cè)量現(xiàn)有的容器或者管道。

如果將傳統(tǒng)的壁厚測(cè)量?jī)x(WDM)用在有涂層或者襯里的管道上或者用于多層系統(tǒng)，則來(lái)自每個(gè)單個(gè)層的回波序列通常彼此重疊，導(dǎo)致無(wú)法繼續(xù)毫無(wú)問(wèn)題地對(duì)其進(jìn)行估算，以確定壁厚。在單個(gè)層的特殊的層厚與聲速比下，雖然可以估算回波序列(例如厚鋼管壁上的薄塑料涂層)，但是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在不預(yù)知單個(gè)層的聲速的情況下，無(wú)法確定單個(gè)的層厚。