Ultrazvukové tloušťkoměry využívají pro měření ultrazvuk - mechanické kmitání hmotného prostředí podobně jako slyšitelný zvuk. Na rozdíl od slyšitelného zvuku je frekvence ultrazvuku mimo oblast slyšitelnosti. Měření tloušťky ultrazvukem je možné jen díky tomu, že se poměrně snadno šíří pevnými látkami.
Kde vzniká ultrazvuk
Ultrazvuk se tvoří v sondě, která se přikládá na povrch zkoušeného materiálu. Ultrazvuk se do materiálu nevysílá trvale, ale v krátkých impulsech. Impuls se šíří materiálem, odráží se od protilehlého povrchu, případně od vnitřní vady a vrací se zpět k sondě, kterou je přeměněn na elektrický signál, který je dále v přístroji zpracován.
Vazební gely
Ultrazvuk se na rozhraní pevná látka - plyn prakticky stoprocentně odráží. Proto je nutné mezi sondu a zkoušený povrch dát vhodné kapalné prostření – takzvaný vazební gel.
Princip metody UT (UZ) tloušťkoměru
Ultrazvuková metoda měření tloušťky vlastně neměří přímo tloušťku, ale dobu průchodu ultrazvuku zkoušeným materiálem tam a zpět. Zjednodušeně se dá říci, že tloušťkoměr jsou přesné stopky, které měří čas mezi výstupním a vstupním impulsem. Pokud tedy známe čas a jednu z veličin tloušťka/rychlost, dokážeme dle známého vzorce dopočítat zbylou veličinu. Pozor na dobu průchodu – je dvojnásobná (tam a zpět).
Rychlost šíření ultrazvuku v materiálu
Rychlost šíření ultrazvuku v materiálu závisí na fyzikálních vlastnostech materiálu a do určité míry i na jeho teplotě.
| materiál |
Rychlost šíření podélných vln v m/s |
| Litina |
3500 – 5800 |
| Měď |
4660 - 4700 |
| Mosaz |
3830 – 4400 |
| Nikl |
cca 5630 |
| Ocel feritická |
5850 – 5920 |
| Ocel austenitická |
5200 – 5800 |
| Stříbro |
cca 3600 |
| Keramika |
3000 – 6500 |
| Led |
cca 3980 |
| Pryž tvrdá |
cca 2300 |
| Plexisklo |
2650 – 2730 |
| Polystyrén |
cca 2350 |
| Polyamid |
1800 – 2600 |
| Teflon |
cca 1350 |
| Sklo okenní |
cca 5700 |
| Sklo křemenné |
cca 5570 |
Pro přesné měření nestačí nastavit rychlost šíření z tabulky. Přesnost měření zajistí pouze kalibrace na stupínkové měrce (na známe tloušťce) a to tak, že kalibrace musí být na stejném materiálu o podobné tloušťce. Příklad: budu-li měřit ocel cca 24 mm nakalibruji na ocelové stupínkové měrce 25 mm.
Použití ultrazvukových tloušťkoměrů
Tloušťkoměry se používají při měření tloušťky materiálu všude tam, kde je druhá strana nepřístupná pro měření klasickými měřidly. Jako příklad může být:
- Abraze materiálu – parovody, brzdné kotouče
- Koroze materiálu – vodovody, konstrukce, sloupy veřejného osvětlení
- Kontrola jakosti materiálu – dodávky plechů trubek ve výrobě a distribuci
- Speciální aplikace – měření některých plastů, skla
Měření přes nátěr Echo – Echo
Základní tloušťkoměry většinou nejsou vybaveny funkcí Echo-Echo – měření přes nátěr. Pokud takovýmto tloušťkoměrem měříme přes nátěr, dopouštíme se chyby měření, která vzniká tím, že nemůžeme vědět jak tlustý nátěr je a jaká je rychlost šíření v něm. Chyba měření může být v některých případech i v řádu milimetrů. Přístroje s funkcí Echo-Echo tzv. ignorují tloušťku nátěru – tzn., že měří jen čistý materiál pod barvou.
Tloušťkoměr s B-scanem
Tuto funkci mají již pokrokovější tloušťkoměry, které mají grafický displej. B-scan funguje tak, že sondou přejíždíte povrch materiálu a na displeji se Vám graficky zobrazuje protilehlá strana (histogram tlouštěk)
Precizní UT (UZ) tloušťkoměry
Jsou speciální tloušťkoměry pro velmi přesná měření s přesnosti na tisíciny milimetru. Tyto přístroje používají jednoměničové sondy a jsou schopné měřit i velmi tenké materiály.
