Для измерения других (кроме толщи­ны) размеров изделий ультразвук приме­няют в настоящее время довольно редко, так как здесь более удобными оказывают­ся другие средства измерения, например механические или оптические инструмен­ты. Тем не менее для контроля в потоке диаметров тонких волокон и проволок рационально применение ультразвукового метода [61]. Измерение выполняется по фазовым скоростям нормальных волн в стержнях. Использовали моды «о и so с различным количеством полупериодов колебаний по длине / выделяемого участка проволоки. Диаметр или толщина d кон­тролируемых объектов могли изменяться в пределах 0,01 ... 0,2 мм. Кроме того, измеряли радиус инерции г объекта.

В акустическом блоке 1 макета уста­новки (рис. 6.25) контролируемое изделие 2 прижимается раздвижными клиньями 3 к высокочастотным (10 МГц) преобразо­вателям 4 и 5. Правый клин и преобразо­ватель установлены на подвижной карет­ке 6. Это позволяет изменять базу измере­ния l-varia. Ее подбирали такой, чтобы, используя несколько частотных проме­жутков для мод s и а, компенсировать по­грешности измерения частот. Измерения d и г выполняли по спектрам частот для обоих мод. По частотным промежуткам возможно определить и учесть постоян­ные материала, влияющие на режим коле­баний. Результаты ультразвуковых изме­рений совпадали с измерениями микро­скопом с погрешностью не более 2 % для борных волокон, проволок из стали и вольфрама.

Другие элементы схемы: неподвиж­ный 7 и подвижный 8 зажимы, тяга 9, блок 10, груз 11 относятся к системе перемотки проволоки при обеспечении постоянного натяга F. Электронный блок: генератор качающейся частоты 12, частотомер 13 и 14, предусилитель и усилитель 15 и 16. Переключатель П соединяет генератор либо с акустическим блоком, либо с час­тотомером.

Применение ультразвука для измере­ния диаметров труб рационально в ком­плексных установках для ультразвукового контроля труб, включающих также дефек-

тоскоп и толщиномер. По схеме, показан­ной на рис. 6.26, контроль выполняют им­пульсным эхометодом в локальной им­мерсионной ванне. Между преобразовате­лями 1 ... 4 и контролируемой трубой 5 помещают тонкий экран 6 с окнами. Из­меряют время прихода сигналов от экрана II до наружной III и внутренней IV стенок трубы. Поскольку расстояние от преобра­зователя до экрана точно известно, интер­вал времени между зондирующим им­пульсом I и эхосигналом от экрана II слу­жит для корректировки скорости звука в иммерсионной жидкости, которая может изменяться под влиянием температуры.

По интервалу II - III измеряют рас­стояние от экрана до трубы:

I= сж (1ш ~1 и )/2,

где t\ и tw - времена прихода импульсов II и III, сж - скорость звука в жидкости. Не-

большая величина этого расстояния, оди­наковость амплитуд и форм эхосигналов II и III повышают точность измерения. Ин­тервал между эхосигналами III и IV ис­пользуют для измерения толщины стенки трубы.

По измерениям, выполненным С ПО­МОЩЬЮ преобразователей 1 и 3, 2 и 4, ав­томатически выполняется расчет диамет­ров трубы в двух взаимоперпендикуляр- ных направлениях. Например, диаметр в горизонтальном направлении равен D = D3~l~P, где D, - диаметр экрана; / и

/' - расстояния от экрана до трубы слева и справа от нее. Сопоставление результатов измерений всеми четырьмя преобразова­телями дает возможность оценить форму трубы, выявить возможную овальность.

С учетом результатов измерения толщины стенки трубы измеряются ее внутренней диаметр и разностенность трубы по сечению. Таким образом, приве­денная схема дает возможность оценить все геометрические характеристики попе­речного сечения изделия и даже вычис­лить массу одного погонного метра трубы. Аналогичным способом возможно изме­нение толщины листового проката.

Применение ультразвука для ком­плексного ультразвукового контроля труб, включая дефектоскопию, толщинометрию и измерение диаметра труб, реализовано в установке "Атлант 1", упомянутой в разд. 3.3.2.2. Измерение толщины в двух противоположных точках по диаметру трубы осуществляется резонансным мето­дом, а измерение наружного диаметра - импульсным методом по времени пробега в локальной иммерсионной ванне рас­стояния преобразователь - стенка трубы. Внутренний диаметр вычисляется автома­тически. Вращением системы преобразо­вателей вокруг трубы осуществляется полный контроль ее геометрических раз­меров.

В [422, с. 3152] сообщается о разра­ботке системы контроля эксцентриситета труб, т. е. несовпадения центров наружной и внутренней поверхностей (рис. 6.27). Для этой цели иммерсионным способом в потоке прокатного стана измеряется тол­щина стенки в четырех точках по диамет­ру трубы и далее компьютерные расчеты позволяют определить эксцентриситет для регулировки режима прокатки. Система проектируется применительно к контролю алюминиевых труб диаметром менее 4 мм с толщиной стенки до 0,2 мм. Точность измерения толщины ± 5 мкм.

Д. В. Перов [260] теоретически обос­новал способ измерения наружного диа­метра и толщины стенки труб по обоб­щенным параметрам, от которых зависят условия возбуждения мод нормальных волн в объекте контроля, в частности, па­раметра (R - г)/г, где R и г - наружный и внутренний радиусы трубы. Применяются первая осесимметричная крутильная мода или первая осесимметричная изгибная мода. Способ применим для интегральной оценки геометрических характеристик объекта.

В работе [360] предложен оригиналь­ный метод контроля диаметров отверстий в печатных платах непосредственно в процессе их металлизации в гальваниче­ской ванне. Метод основан на дифракции УЗ-волн, прошедших через контролируе­мые отверстия. Дано теоретическое обос-

нование метода, описана эксперименталь­ная установка.

Испытуемую плату с отверстием по­мещают в гальваническую ванну для ни­келирования. С разных сторон платы в электролите располагают излучатель и "точечный" (диаметром 0,45 мм) прием­ник УЗК. Диаметр отверстия оценивают по разнице дифракционных полей (сме­щению дифракционного минимума), соз­даваемых прошедшими через отверстие УЗ-волнами при изменении частоты ульт­развука. Авторам удавалось регистриро­вать изменения диаметра отверстий на 20 мкм при диаметре 3 мм.

Измерение длины с помощью ультра­звука целесообразно, когда требуется не­прерывно измерять расстояния. Например, рационально применять ультразвук для непрерывного контроля износа резца в процессе механообработки. Такие измере­ния нужны при автоматической обточке деталей. Преобразователь приклеивают на плоский торец резца и расстояние до ре­жущей кромки контролируют по времени прихода ультразвукового импульса. Луч­шие результаты дает применение попе­речных волн, так как в этом случае за­труднена трансформация волн, как на рис. 1.12, в, б, и менее вероятно возникно­вение ложных сигналов, показанных на рис. 2.46, а.

Измерение расстояний ультразвуком также рационально в атомной энергетике, поскольку в реакторе часто находится жидкая среда, в которой хорошо распро­страняется УЗ и обеспечивается дистан- ционность измерений. В [425, с. 484/064] и [425, с. 513/065] предложен УЗ-способ измерения геометрии расположения труб­ных элементов в реакторе на тяжелой во­де. Реактор повышенного давления с тя­желой водой (в качестве замедлителя ней­тронов и теплоносителя) имеет трубы ка­ландра (380 шт. в конкретном реакторе), расположенные горизонтально (рис. 6.28). В них размещены сборки из тепловыде­ляющих элементов с урановым топливом.

Рис. 6.28. Расположение труб в
тяжеловодном реакторе. Показанысечения труб каландра; LISS TUBE - трубы
прокачки жидкости; VP - трубы
визуального наблюдения

Также горизонтально, но перпендикуляр­но трубам каландра, расположены 6 труб прокачки жидкости LISS TUBE. Верти­кально расположены трубы визуального наблюдения VP. Все трубы системы изго­товлены из циркалоя. Все пространство заполнено тяжелой водой.

Под влиянием радиационного крипа каландровые трубы и трубы прокачки жидкости прогибаются. Опасность пред­ставляет случай соприкосновения труб каландра и труб прокачки жидкости, при котором развивается коррозия. Зазор меж­ду трубами подлежит контролю в процес­се эксплуатации. В канадских реакторах зазоры контролируют системой УЗ- преобразователей, продвигающейся по горизонтальным трубам. Это или трубы прокачки жидкости либо специальные трубы.

В Южной Корее контроль прогиба труб выполняется системой, в которой УЗ - преобразователь перемещается по двум специальным вертикальным трубам визу­ального наблюдения (рис. 6.29). Преобра­зователь перемещается в вертикальном направлении с помощью шагового винто-

вого механизма с точностью 0,2 мм и из­лучает во все стороны. Время пробега УЗ - импульса по тяжелой воде до горизон­тальных контролируемых труб измеряется в моменты, когда амплитуды эхосигналов от них достигают максимумов. Это соот­ветствует направлению УЗ на ось трубы. По времени прихода эхосигналов и дан­ным о положении преобразователя ком­пьютер рассчитывает взаиморасположе­ние труб. Расчет выполняется, исходя из лучевых представлений.

Р. Кажис с сотрудниками [422, с. 1384] разработал систему контроля раз­меров пучков из 12 труб для атомных ре­акторов типа РБМК (рис. 6.30, а). Трубы имеют диаметр 13,6 мм, толщину стенки 0,825 мм, длину 3644 мм. Номинальный диаметр пучка 78 мм. Требовалось в авто­матическом режиме (с учетом радиоак­тивной опасности) измерить минималь­ный диаметр пучка, толщину стенок труб и распознать трубы, частично заполнен­ные водой (негерметичные). Наибольшую трудность представляла первая задача, поскольку расстояние между трубами варьируется, а линии диаметров d между крайними трубами пересекаются не в од­ной точке (рис. 6.30, б).

Контроль выполнятся в иммерсион­ном варианте. Пара преобразователей UT и UT2 (рис. 6.30, а) вращается вокруг пуч­ка и перемещается по его длине. Измеря­ются интервалы времени т, и х2, соответ­ствующие пробегу импульса в воде от преобразователей до ближних к ним труб. Измеряемый диаметр рассчитывается по формуле

d = d0 -0,5с(т, +т2),

где d0 - расстояние между преобразовате­лями. Погрешности измерений связаны с эксцентриситетом пучка (рис. 6.30, б) и отражением УЗ не от крайней к преобра­зователю точки трубы, а от некоторой зо­ны вблизи крайней точки. Общая погреш­ность не превосходила 40 мкм.

Толщина стенки измерялась эхоме - тодом фокусирующим преобразователем с
погрешностью не более ± 0,50 мкм. Воз­никали трудности, связанные с маленьким расстоянием между трубами. Наличие воды в трубе определялось по быстрому уменьшению амплитуд многократных от­ражений в стенке трубы.