超聲波高溫測厚難點及釋疑（的資料）

超聲波高溫測厚的場合
    ○石化、煉化、化工、制藥等行業的塔、罐體、管道。
    ○在役運行時，這些容器管道內的介質（無論液態還是汽態）處于高溫狀態，傳導到金屬外壁，溫度 仍有數百攝氏度。
    ○高溫加劇腐蝕，同時介質的流動是靠壓力驅動——因此，這些容器管道壁厚減薄的程度必須予以監 控，尤其是管道的彎道部位以及三通等閥體的彎頭部位。

超聲測厚的原理
    ○原理：

    備注：t0點是發射的起始時間點（始脈沖），t1點是*次底面反射回波被接收到的時間點。兩者的 時間差乘以聲速，再除以2，就是超聲波在工件一個單程傳遞的路程，即厚度值。
    ○要點：1，由于超聲波在空氣中難以傳播，因此探頭與被測面之間必須涂抹耦合劑、“擠掉”空氣間 隙，使超聲波有效地傳播進入被測件內部，并獲得底面（即，內壁）的反射號；2，該反射信號必須足 夠穩定、明確、清晰，儀器才能辨識并進行計算，從而顯示厚度值。

高溫狀態下的影響因素

（1）關于耦合劑
    ○高溫時，耦合劑中的水分瞬間蒸發，于是，失去“擠掉”空氣間隙的效果。因此，儀器只能“看到 ”一閃即逝的反射信號、往往來不及辨識計算。
    ○為了保護探頭底面不被“燙傷”，所謂的超高溫耦合劑往往摻雜一些礦物顆粒，以確保探頭底面不 會直接接觸到高溫的被測面，但這也導致礦物顆粒在高溫下（耦合劑水分被瞬間蒸發后）容易碳化并 粘連到探頭底面，反而影響測量（相當于探頭底面有了“麻點”）。

（2）關于探頭
    ○探頭內置“晶振片”，靠它產生和接收超聲信號。晶振片有一個物理參量，“居里溫度點Tc”，這 代表在該溫度值以下，晶振片產生的超聲波，其聲阻抗比較適當、也即傳播的難易程度適當。不同材 質的晶振片，其Tc值不同。
    ○現有的晶振片材質中，Tc值能達到500℃的，其另外一個參量，“機械品質因子θm”卻非常高，達 10的6次方,導致無法獲得有效的信號分辨力——超聲測厚儀使用的晶振片，其θm都在1000以下，否則 厚度的起測點就得在500mm以上。因此，現有的所謂“高溫”探頭，都無法在zui本質的晶振片上獲得突 破，目前所解決，都只不過是對探頭本身的保護，比如，探頭底面的保護膜不容易被“燙壞”、外殼 加裝保護套，等等。——都沒有辦法解決超聲信號在高溫介質中的有效傳播（發射與接收）的問題。

（3）關于被測面的狀況
    ○當探頭置放在被測面表面，超聲波以垂直于該接觸點切線的方向傳播，到底面（內壁），同樣以垂 直切線的方向原路反射——這個效果是的（仍參見原理圖）。這個效果，在平面測量、以及大 直徑的筒、管、罐測量中，比較容易實現。
    ○但是對于彎道和彎頭部位（尤其是90℃外凸的那個點），很顯然，往往難以擺正探頭位置。
    ○另外，現場環境下，被測表面的油漬、漆面（尤其是鼓包），都會對測量帶來影響。

（4）關于被測物體的材質
    ○任何情況下，超聲波的傳遞，都要受到被測物體材質的影響，從而帶來散射效果、聲速的變化。只 不過，在大多數情況下，這些影響帶來的干擾不大、引起的細微誤差都在可忽略的范圍內。
    ○但是，由于要耐受高溫高壓腐蝕，有些部件，其材質所帶來的影響不能被忽略。比如，我們曾經遇 到過，高標號的不銹鋼閥門，信號的散射衰減極其嚴重。

（5）關于儀器——通常的問題
    ○通常的超聲波測厚儀，都是讀數型的——在“看到”一個穩定、明確、清晰的反射信號后，“盯著 ”它，進行計算，zui終顯示出來的，只是一個計算的結果。
    ○在高溫狀態下，由于前述幾個因素，導致反射信號達不到“穩定、明確、清晰”的程度，儀器無法 “看到”信號、或者無法“盯著”它、或者“看花眼”了，于是出現“無讀值”、“讀值錯誤”等現 象

（6）關于儀器——初級解決辦法
    ○原來的儀器，它的“眼睛”只能“撲閃撲閃”每秒鐘“看”四次信號，現在， 我們讓它快點“撲閃 ”，每秒鐘“看”20次信號，——這叫掃查功能；
    ○信號太弱，“看”不到。那就把信號增強，——這叫增益調節功能；
    ○由于信號出現很短暫，儀器剛讀完這個信號，他就消失了，儀器不敢確定。那就讓它把讀到信號先 顯示出來——這叫“讀值保持”；
    ○以上，就是時代TIME243X超聲波測厚儀在應對高溫測厚時的辦法，同時也目前是各款同檔儀器 的解決辦法。

（7）關于儀器——解決辦法
    ○前面提到，測量能實現，本質上就是“看”信號。讀數型儀器，可能會“看”不到、“看”不清、 “看”花了（其實可能有信號閃現）。
    ○那么，我們讓儀器把它所能捕捉的信號都顯示出來，不讓它自己判斷、改由操作者來判斷——這就 是A掃描測厚儀。
    ○A掃測厚儀帶來的改進：zui本質的，就是信號可以由操作者自己觀察，不用擔心讀數型儀器錯過、漏 過信號。在功能上，除了同樣具備掃查、讀值功能外，增益可以數字調節而不是分檔調節（這樣更精 確），另外，增加了雜波屏蔽功能，可以讓儀器讀取的信號。時代TIME2460和TT500就是這樣的儀 器。

實測中的要點
    ○選擇合適的耦合劑。測量前，耦合劑應涂抹在探頭底面， 然后迅速對被測位置進行 “點測”，一 接觸上，馬上移開探頭（不要因為沒出現信號或者讀值，就使勁按壓，這樣沒有用，這時耦合劑早已 干結）。移開探頭后，馬上用棉紗布將被測點和探頭底面擦凈，避免耦合劑被測面和探頭底面形成結 垢、影響下一次的耦合。
    ○對于彎道和彎頭部位，應在90℃外凸處和側面各測一次，以供驗證。
    ○通過多次的現場實測，目前，各種儀器（包括進口的）、各種探頭（即便是標稱到500℃的探頭）， 在350℃以上的表面（用紅外測溫儀測量），都難以實現有效測量。

市場現狀
    ○用戶不是超聲測量的專業人士（不一定會去研究原理技術、晶振片材質），因此，出于對進口品牌 的信賴（某種程度上是迷信），看到標稱500℃的探頭就認為真能測量；
    ○用戶購買了這樣的探頭，即便不能測量，也不會再說什么，因為，在他看來，他已經盡力了、已經 買了的儀器（進口的）、用了的探頭。
    ○以上兩點，掩蓋了這樣一個事實：“標稱500℃的探頭并不能真的測量500℃的高溫表面、并沒有真 正改善高溫狀態下超聲傳播特性”。于是，“后來者”繼續去尋找“進口500 ℃高溫探頭”，這就是 市場現狀。
    ○我們建議：“眼見為實”，在購買之前，現場實證。拿紅外測溫儀測量一下表面溫度，就在那個500 ℃的位置進行測厚，看看效果究竟如何。

總結
    ○耦合效果很重要。高溫下，耦合劑中水分的瞬間蒸發，造成耦合劑干結、碳化，使“耦合”失效。 
    ○高溫探頭并沒有從原理上解決超聲波在高溫下傳播的問題，只解決了對探頭的保護問題。也就是說 ，“更能耐受高溫”不等同于“更能在高溫材質中有效地傳播信號”。
    ○被測面和被測材質，應現場判斷。漆皮鼓包、內外壁不平行、強散射性材質等，導致無法測量，是 很正常的事，不要試圖解決。
    ○儀器廠商只能從儀器主機的性能功能上去考慮解決辦法，比如：掃查、增益、讀值保持、A掃，等等 。

應用實景（測塔罐）

應用實景（測管道）

北京時代之峰科技有限公司 何克勤