Teoria de operação
As ondas sonoras estão ao nosso redor como vibrações mecânicas transportadas por um meio como o ar ou a água. O teste ultrassônico envolve frequências além do limite superior da audição humana, superiores a 20 KHz e mais comumente na faixa de 500 KHz a 20 MHz, embora frequências mais altas e mais baixas também sejam usadas algumas vezes. A frequência exata do teste será selecionada conforme a aplicação específica em questão. Todos os medidores de espessura ultrassônicos funcionam medindo com muita precisão o tempo que um pulso de som gerado por uma sonda chamada transdutor ultrassônico leva para percorrer uma peça de teste. As ondas sonoras refletem nos limites entre materiais diferentes, como o ar ou líquido no interior de uma parede de tubo de aço, portanto, essa medição pode ser normalmente feita de um lado em um modo de “pulso-eco”.
O transdutor contém um elemento piezoelétrico que é excitado por um curto impulso elétrico para gerar uma explosão de ondas ultrassônicas. As ondas sonoras são acopladas ao material de teste e viajam através dele até encontrarem uma parede posterior ou outro limite. Os reflexos então viajam de volta para o transdutor, que converte a energia do som de volta em energia elétrica. Em resumo, o medidor escuta o eco do lado oposto. Normalmente, esse intervalo de tempo é de apenas alguns milionésimos de segundo. O medidor é programado com a velocidade do som no material de teste, a partir do qual ele pode calcular a espessura usando a relação matemática simples
T = (V) × (t/2)
Onde
T = a espessura da peça
V = a velocidade do som no material de teste
t = o tempo de trânsito de ida e volta medido
Em alguns casos, um deslocamento de zero também é subtraído para contabilizar atrasos fixos no instrumento e no caminho sonoro.
É importante notar que a velocidade do som no material de teste é uma parte essencial deste cálculo. Materiais diferentes transmitem ondas sonoras em velocidades diferentes, geralmente mais rápidas em materiais duros e mais lentas em materiais macios, e a velocidade do som pode mudar significativamente com a temperatura. Portanto, é sempre necessário calibrar um medidor de espessura ultrassônico para a velocidade do som no material que está sendo medido, e a precisão pode ser tão boa quanto esta calibração. Isso é normalmente feito com um padrão de referência cuja espessura é precisamente conhecida. No caso de medições de alta temperatura, também é necessário lembrar que a velocidade do som muda com a temperatura, portanto, para uma precisão ideal, o padrão de referência deve estar na mesma temperatura da peça de teste.
As frequências mais altas têm um comprimento de onda associado mais curto, permitindo a medição de materiais mais finos. Frequências mais baixas com um comprimento de onda mais longo penetram mais longe e são usadas para testar amostras muito espessas ou para materiais como fibra de vidro e metais fundidos de granulação grossa que transmitem ondas sonoras com menos eficiência. A seleção de uma frequência de teste ideal geralmente envolve o equilíbrio desses requisitos para resolução e penetração. Na faixa de frequência ultrassônica, as ondas sonoras são altamente direcionais e, embora viajem livremente através de metais, plásticos e cerâmicas típicos, elas refletirão a partir de uma fronteira de ar, como uma parede interna ou uma rachadura.
As ondas sonoras na faixa de megahertz não viajam com eficiência pelo ar, então uma gota de líquido de acoplante é usada entre o transdutor e a peça de teste para obter uma boa transmissão de som. Os acoplantes comuns são glicerina, propilenoglicol, água, óleo e gel. Apenas uma pequena quantidade é necessária, apenas o suficiente para preencher o espaço de ar extremamente fino que, de outra forma, existiria entre o transdutor e o alvo.
O diagrama de um típico detector de defeitos por ultrassom é mostrado abaixo. O pulsador, sob o controle do microprocessador, fornece um impulso de tensão ao transdutor, gerando a onda ultrassônica de saída. O retorno dos ecos a partir da peça de teste é recebido pelo transdutor e convertido em sinais elétricos que são introduzidos no receptor. O controle baseado em microprocessador e a lógica de tempo sincronizam o pulsador e selecionam os ecos apropriados que serão usados para a medição do intervalo de tempo.
Se ecos forem detectados, o circuito de temporização medirá precisamente um intervalo de tempo em um dos modos discutidos na Seção 3 e, em seguida, repetirá esse processo várias vezes para obter uma leitura média. O microprocessador então usa essa medição de intervalo de tempo com a velocidade do som programada e os valores de deslocamento zero para calcular a espessura. Finalmente, a espessura é exibida e atualizada em uma taxa selecionada.
