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Dieser Abschnitt bietet einen Überblick über Ultraschallinstrumente sowie ihre Anwendungen und Funktionsweisen. Werfen Sie auch einen Blick auf die Liste der 12 Hersteller von Ultraschallinstrumente und deren Firmenranking.
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Ultraschallmessgeräte sind Geräte, die Ultraschallwellen (Schallwellen mit einer hohen Frequenz, die für das menschliche Ohr nicht hörbar sind) auf gasförmige, flüssige oder feste Objekte übertragen und deren Eigenschaften wie Reflexion und Absorption nutzen, um verschiedene Zustände des Objekts zu messen.
Schallwellen haben Eigenschaften wie Reflexion, Geschwindigkeit und Abschwächung. Die Eigenschaften von Schallwellen, wie Reflexion, Geschwindigkeit und Dämpfung, werden durch das Material, die Konzentration und die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums (der Substanz, die die Übertragung von Schallwellen vermittelt) beeinflusst. Durch die Messung dieser Veränderungen der Schallwellenmerkmale können die Eigenschaften des Mediums untersucht werden.
Die mit Ultraschallmessgeräten zu untersuchenden Objekte lassen sich in die drei Aggregatzustände Festkörper, Flüssigkeit, Gas und Mischzustand einteilen.
1. Festkörper
Ein Beispiel für einen Festkörper ist die Messung der Dicke eines Metalls. Die Dicke des Metalls kann bestimmt werden, indem Ultraschallwellen in das Metall eingestrahlt werden und die Zeit gemessen wird, die die Wellen brauchen, um zurück zu reflektieren.
2. Flüssigkeiten
Ein Beispiel für eine Flüssigkeit ist ein Fischfinder. Wenn man Ultraschallwellen ins Meer schickt und die Zeit misst, die sie brauchen, um am Fischschwarm/Seeboden zurück zu reflektieren, kann man die Größe und Position des Fischschwarms und den Abstand zum Meeresboden bestimmen.
3. Gase
Ein Beispiel für ein Gas ist ein Gasanemometer. Es nutzt die Tatsache, dass Schallwellen in einem Gas von der Geschwindigkeit des Gases beeinflusst werden, um die Geschwindigkeit des Gases zu messen.
4. Mischzustände
Ein Beispiel für einen gemischten Zustand ist ein bildgebendes Ultraschallsystem. Im Gegensatz zu Röntgen- und CT-Bildern wird der Ultraschall nicht mit Strahlung belastet und dient der Betrachtung des Fötus.
Im Allgemeinen haben Wellen die folgenden Parameter: Wellenlänge, Amplitude, Frequenz, Geschwindigkeit und Periode.
Eine Sinuswelle kann durch die folgende Gleichung dargestellt werden:
y = Asin (2π / T) (x - t / v)
Dabei ist y die Position auf der vertikalen Achse, A die Amplitude, T die Periode, x die Position auf der horizontalen Achse, t die Zeit und v die Geschwindigkeit. Die Frequenz f und die Wellenlänge λ können wie folgt dargestellt werden:
f = 1 / T
λ = Tv
Diese Parameter gelten auch für Schallwellen. Bei Schallwellen ändern sich die oben genannten Parameter für dieselbe Schallwelle in verschiedenen Medien.
Bei Ultraschallmessungen macht man sich die Tatsache zunutze, dass sich die Eigenschaften von Ultraschallwellen je nach Medium ändern.
Zum Beispiel ist das Verhältnis der Schallgeschwindigkeit Gas < Flüssigkeit < Festkörper. Selbst in ein und demselben Festkörper variiert die Schallgeschwindigkeit je nach Substanz. Mit Hilfe dieser Eigenschaften können folgende Messungen durchgeführt werden:
1. Einzelne Objekte
Da die Schallgeschwindigkeit in einem Festkörper unter gleichen Bedingungen als konstant angesehen werden kann, kann die Dicke des Festkörpers gemessen werden, wenn die Schallgeschwindigkeit und die Zeit, die die in den Festkörper eingestrahlten Schallwellen zur Reflexion benötigen, bekannt sind.
2. Flüssigkeiten
Wenn die Bedingungen im Meer als nahezu konstant angenommen werden, kann die Position von Fischschwärmen anhand der Zeit, die die eingestrahlten Ultraschallwellen benötigen, um von den Schwärmen zurückgeworfen zu werden, abgeschätzt werden.
3. Gas
Wenn das Medium in Bewegung ist, gilt:
(Schallgeschwindigkeit im Medium) = (ursprüngliche Schallgeschwindigkeit) + (Geschwindigkeit des Mediums)
Es wird die Beziehung Schallgeschwindigkeit im Medium aufgestellt. Anhand dieser Beziehung kann die Geschwindigkeit des Mediums durch Messung der Schallgeschwindigkeit im Medium gemessen werden.
4. Mischungsbedingungen
Die Dämpfung des Schalls hängt mit dem Dämpfungskoeffizienten, dem Abstand und der Frequenz zusammen, wobei der Dämpfungskoeffizient vom Medium abhängt. Anhand dieser Beziehung lässt sich der Zustand des Mediums durch Messung des Dämpfungskoeffizienten abschätzen.
Ultraschall-Dickenmessgeräte messen die Dicke eines Objekts, indem sie einen Messwertaufnehmer (Sonde) auf einer Seite des zu messenden Objekts anbringen.
Die vom Messwertaufnehmer ausgesandten Ultraschallwellen durchdringen das Kontaktmedium, durchqueren das zu messende Objekt und werden auf der gegenüberliegenden Seite des Objekts zum Messwertaufnehmer zurückreflektiert. Ultraschallwellen, die ein Material durchdringen, haben einen bestimmten Schallgeschwindigkeitswert. Ultraschall-Dickenmessgeräte messen die Dicke des Messobjekts auf der Grundlage dieses materialspezifischen Schallgeschwindigkeitswertes und der Zeit, die die Ultraschallwellen für die Übertragung und die anschließende Reflexion benötigen.
Als Messobjekt können verschiedene Materialien wie Metall, Glas und Kunststoff verwendet werden. Darüber hinaus kann das Messobjekt verschiedene Formen haben, die von flach bis gebogen reichen.
Für den Einsatz von Ultraschall-Dickenmessgeräten sind folgende Messverfahren bekannt:
1. Einmaliges Messverfahren
Bei der einmaligen Messung wird der Prüfkopf (Wandler) mit dem zu messenden Objekt in Kontakt gebracht und die Dicke gemessen. Sie ist geeignet, wenn die Korrosion oder die Wanddicke des zu messenden Objekts gering ist.
2. Zweifaches Messverfahren
Das Zweifachmessverfahren ist ein Verfahren, bei dem der Messwertaufnehmer um 90 ° gedreht und das Einfachmessverfahren zweimal durchgeführt wird, wobei der kleinere der beiden Messwerte als Messwert genommen wird, wodurch die Messgenauigkeit im Vergleich zum Einfachmessverfahren erhöht wird.
3. Mehrpunkt-Messverfahren
Bei der Mehrpunktmessmethode werden mehrere Messungen innerhalb eines Kreises mit dem Messpunkt als Mittelpunkt durchgeführt. Der kleinste Wert der Mehrfachmessungen wird als Messwert herangezogen, was sich für die Messung von Bereichen eignet, in denen eine lokale Korrosion im Gange ist.
4. Präzisionsmessverfahren
Die Präzisionsmessmethode wird verwendet, um die Verteilung der korrosionsbedingten Dickenabnahme an Stellen zu messen, an denen die Korrosion erwartungsgemäß in einem bestimmten Umfang fortgeschritten ist.
5. Kontinuierliche Messmethode
Das kontinuierliche Messverfahren ist ein Messverfahren zur Überprüfung von Dickenänderungen und erlaubt Rückschlüsse auf den Zustand der Rückseitenoberfläche anhand von Änderungen der Querschnittsdicke des Messobjekts. Dickenänderungen können entweder durch regelmäßige Messungen mit der Einmal-Messmethode oder durch kontinuierliches Scannen überprüft werden. Bei rohrförmigen Werkstoffen kann die Wanddickenverringerung von innen her fortschreiten, auch wenn an der Außenseite keine Anomalien vorhanden sind.
6. Andere Messverfahren
Für die Messung der Dicke von Rohrwerkstoffen wird eine Ni-Schwingungssonde verwendet und entweder ein einmaliges oder ein zweimaliges Messverfahren angewandt. Bei der Messung ist die Berührungsrichtung des Aufnehmers wichtig.
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