เครื่องวัดความหนาอัลตร้าโซนิค (Ultrasonic thickness gauge) คืออุปกรณ์ทดสอบตรวจวัดความหนาแบบไม่ทำลาย (Non-destructive testing หรือย่อว่า NDT) ที่ใช้ในการวัดความหนาของวัสดุ ซึ่งโดยทั่วไปคือโลหะ พลาสติก และคอมโพสิต ทำงานบนหลักการของการส่งคลื่นเสียงความถี่สูง (คลื่นอัลตราโซนิก) เข้าไปในวัสดุและวัดเวลาที่คลื่นเสียงใช้ในการเดินทางผ่านวัสดุและสะท้อนกลับ
ส่วนประกอบพื้นฐานของเกจวัดความหนาอัลตราโซนิกประกอบด้วยทรานสดิวเซอร์ (โพรบ) ที่สร้างพัลส์อัลตราโซนิก สารคัปเปิ้ล (Couplant) ซึ่งโดยปกติจะเป็นเจลหรือน้ำมัน เพื่ออำนวยความสะดวกในการส่งคลื่นเสียงระหว่างทรานสดิวเซอร์กับวัสดุที่กำลังทดสอบ และหน่วยที่ประมวลผลสัญญาณและแสดงการวัดความหนา
หลักการทำงาน
โดยทั่วไปแล้วเครื่องวัดความหนาอัลตราโซนิกทำงานดังนี้:
- ทรานสดิวเซอร์ปล่อยคลื่นอัลตราโซนิกเข้าไปในวัสดุที่กำลังทดสอบ
- คลื่นเสียงเดินทางผ่านวัสดุจนกระทั่งพบกับขอบเขตหรือรอยต่อระหว่างวัสดุหรือชั้นต่างๆ
- คลื่นเสียงบางส่วนจะสะท้อนกลับไปยังทรานสดิวเซอร์
- ทรานสดิวเซอร์จะตรวจจับคลื่นที่สะท้อนและวัดเวลาที่คลื่นสะท้อนกลับ
- การใช้ความเร็วเสียงที่ทราบในวัสดุ (ซึ่งกำหนดโดยคุณสมบัติของวัสดุ) เครื่องมือจะคำนวณความหนาของวัสดุตามเวลาการเดินทางของคลื่นเสียง
ประโยชน์และการประยุกต์ใช้
เกจวัดความหนาแบบอัลตราโซนิกมักใช้ในการหาความหนาของวัสดุโดยที่ผู้ตรวจสอบเข้าถึงชิ้นส่วนได้เพียงด้านเดียวเช่นท่อหรือถังน้ำมันขนาดใหญ่ ที่ไม่สามารถตัดและนำเวอร์เนียหรือไมโครมิเตอร์ไปวัดได้ หรือในกรณีที่การวัดทางกลอย่างง่ายเป็นไปไม่ได้หรือทำไม่ได้เนื่องจากขนาดของชิ้นส่วนหรือข้อจำกัดในการเข้าถึง
ความจริงที่ว่าการวัดความหนาสามารถทำได้อย่างรวดเร็วและง่ายดายจากด้านเดียวโดยไม่จำเป็นต้องตัดชิ้นส่วน ถือเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญประการหนึ่งของเทคโนโลยีนี้
วัสดุทางวิศวกรรมทั่วไปแทบทุกชนิดสามารถวัดด้วยคลื่นอัลตราโซนิกได้ เกจวัดความหนาอัลตราโซนิกสามารถติดตั้งกับโลหะ พลาสติก คอมโพสิต ไฟเบอร์กลาส เซรามิก และแก้ว การวัดพลาสติกอัดขึ้นรูปและโลหะรีดในสายการผลิตหรือในกระบวนการมักจะทำได้
การวัดด้วยคลื่นอัลตราโซนิกจะไม่ทำลายอย่างสมบูรณ์เสมอ โดยไม่ต้องมีการตัดหรือแบ่งส่วน ช่วงการวัดสามารถมีขนาดใหญ่ได้ถึง 0.08 มม. (0.003 นิ้ว) ถึง 635 มม. (25 นิ้ว) ขึ้นอยู่กับการเลือกวัสดุและทรานสดิวเซอร์ วัสดุที่โดยทั่วไปไม่เหมาะสำหรับการวัดด้วยเกจอัลตราโซนิกทั่วไป ได้แก่ ผลิตภัณฑ์ไม้ คอนกรีต กระดาษ และโฟม
วัสดุใดบ้างที่สามารถวัดด้วยเครื่องวัดความหนาแบบอัลตราโซนิคได้
เครื่องวัดอัลตราโซนิกสามารถใช้เพื่อวัดการกัดกร่อน สารเคลือบ และวัสดุหลายประเภท ซึ่งส่วนใหญ่เป็นโลหะ พลาสติก วัสดุผสม ไฟเบอร์กลาส หรือแก้วเซรามิก
วัสดุอื่นๆ
การวัดด้วยอัลตราโซนิกยังสามารถใช้กับวัสดุอื่นๆ ได้หลากหลาย ซึ่งรวมถึงผลิตภัณฑ์ยาง เซรามิก เครื่องแก้ว และระดับของเหลว ซึ่งผู้ใช้ไม่สามารถเข้าถึงวัสดุทั้งสองด้านได้
ตารางข้อมูลเบื้องต้นสำหรับวัสดุต่างๆ ต้องดูรายละเอียดในคู่มือเฉพาะของรุ่นนั้นๆ อีกครั้ง
Material | Sound Velocity (m/s) | Material | Sound Velocity (m/s) |
---|---|---|---|
Air | 330 | Nickel | 5600 |
Aluminium | 6300 | Nylon, 6.6 | 2600 |
Alumina Oxide | 9900 | Oil (SAE 30) | 1700 |
Beryllium | 12900 | Platinum | 3300 |
Boron Carbide | 11000 | Plexiglas | 1700 |
Brass | 4300 | Polyethylene | 1900 |
Cadmium | 2800 | Polystyrene | 2400 |
Copper | 4700 | Polyurethane | 1900 |
Glass(crown) | 5300 | Quartz | 5800 |
Glycerine | 1900 | Rubber, Butyl | 1800 |
Gold | 3200 | Silver | 3600 |
Ice | 4000 | Steel, Mild | 5920 |
Inconel | 5700 | Steel, Stainless | 5800 |
Iron | 5900 | Teflon | 1400 |
Iron (cast) | 4600 | Tin | 3300 |
Lead | 2200 | Titanium | 6100 |
Magnesium | 5800 | Tungsten | 5200 |
Mercury | 1400 | Uranium | 3400 |
Molybdenum | 6300 | Water | 1480 |
Neoprene | 1600 | Zinc | 4200 |
สรุป
เกจวัดความหนาแบบอัลตราโซนิกมักใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ รวมถึงการผลิต การก่อสร้าง การบินและอวกาศ ยานยนต์ และทางทะเล สำหรับการวัดความหนาของท่อ ถัง ภาชนะรับความดัน ส่วนประกอบโครงสร้าง และวัสดุอื่นๆ ให้การวัดที่รวดเร็ว แม่นยำ และไม่ทำลาย ทำให้เป็นเครื่องมือที่มีคุณค่าสำหรับการควบคุมคุณภาพ การบำรุงรักษา และการตรวจสอบความปลอดภัย