黄建明实战案例专栏 | 【案例82】超声波可以测量出储罐内的水银高度吗?

文章来源:微信公众号:航空无损检测
82 超声波可以测量出储罐内的水银高度吗

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各位年轻的朋友和同仁,好好地巧用你的超声波仪器吧!它除了探伤外还有很多用途的,希望你看到这个小小常识的案例后,也可以灵活地应用到工作中。

记住:只有把自己学到知识变成钱才更有动力。



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实战案例专栏 /   案例82

一次,我在讲超声波检测焊缝课程中有关声阻抗的问题时,有位同学问我:超声波可以测量出储罐内的水银高度吗?


他说他们以前在海南岛做海洋工程时,有位老外找他们帮忙用超声仪器测量一个储藏水银的罐子,想知道罐子里的水银还剩多少?


他们带着超声波仪器(A超)到现场测量,看到储罐是一个钢材料做的,外有保温棉罩住,拆开几个点的保温棉进行测量,上下左右几个点测量,怎么测都只能看到储罐的本身厚度约22mm厚,却无法分辨出储罐内水银的高度位置。


当着老外的面不知如何是好。


我忘记问他是球形罐还是矩形方罐,这里为了方便演示我就画一个矩方形的。(见图1)


大家看看这个图1,请问你超声波可以测量出储罐内的水银高度吗?


其实这个问题很好解决,它就是一个声波透过与反射的声阻抗问题


们只需要把储罐的保温棉从上到下拆开一条能放得下探头和手的宽度,把其表面清理干净到适合检测的状态即可。


详细方法看图2所示



探头放在靠上面完全没有水银的位置时,声波打到钢板底面时,回波是全反射的,因为底波后是空气回波高度最强。


探头1的位置,假设我们把回波高度调到80%FSH的稳定回波位置。


然后探头慢慢向下移动到探头2的位置,水银与空气交界处时,回波的高度开始下降,因为有部分声波透入水银中,反射回波自然就会减少了。


当移动到探头3的位置时回波会降在最低的位置,因为比在2的位置更多的声波透入到水银中去了,何况水银的密度(声阻抗)比铁高啊!


在这个回波上下波动的位置来回做多几次,就可以用半波法准确地找水银的高度位置了


曾经在香港为一家电力公司测量一个3000x6000x10mm厚和4000mm高的柴油罐,油罐外有个玻璃管的测量装置,已经可以看到油位的高度


但是,他们有意地用块布遮掩后,要求我用超声波测量其他几个位置的油位高度,想看看我的这个超声波方法能否做到准确


我简单地调校下仪器后,用一个直径10mm 5MHz的直探头进行测量,用以上的方法,我在罐的其他四个不同方向和位置测量了四个点,非常快速和准确的做完了。


我测出的结果与玻璃管的油位高度是完全一样的,而且四个点的油位高度也是一样的,令他们非常满意。


但是我告诉他们我这方法有10mm公差,他们说我太谦虚了,明明是1mm公差都没有很准确啊。


我为什么要说10mmm公差呢?


我告诉他们因为柴油会随着温度的变化而变化的,早、午、晚温度不一样,会有热涨冷缩啊!


10mm对那么大的一个油罐来说也是微不足道公差了。(这也是常识和学会保护自己方法。)


所以做完示范后他们很满意我的检测结果。


1.再来看看如果是一个直径300x6mm的钢管(其他塑料管)里入了水,如何检测水位高度呢?(见图3)用同样的方法也可以做到,只不过是有一群多次回波而已。(见图3中的1、2、3探头位置)



大家也可以在自己家的金鱼缸试下这个方法,用两手各持一个探头在缸边对着保持同一高度慢慢移动探头观察仪器荧光屏看回波是否出现和消失。


2.另外还可以用两个探头,保持同一高度在管外壁移动,一个发射一个接收的方法 、也是可以的 (见图4)。



3.如果是几毫米薄的钢管干脆用小锤敲击听声音就可以辨别了。所以方法是可以有很多种的。


4.如果管子里结冰了还能用超声波测出冰的位置吗?


是个真实案例,海上钻井平台上的钢管支柱渗入了雨水,冬天结冰时把钢管给冻裂了,他们打电话来问我能否用超声波检测出结冰的位置


我们经过反复试验发现是不行的,因为结冰后水的体积变大密度却变小了(声阻抗小了),也就是说声波是不能透入冰的了,所以超声波是无法检测的,用射线透照太危险又费力


怎么办?


最后他们自己想到一个彻底解决问题的办法,在管的最下方不受力的位置钻孔,然后用火烤把冰熔化成水流出来不就没事了嘛!


所以说:「办法总比困难多」。


各位年轻的朋友和同仁,好好地巧用你的超声波仪器吧!它除了探伤外还有很多用途的,希望你看到这个小小常识的案例后,也可以灵活地应用到工作中。


记住:只有把自己学到知识变成钱才更有动力。


关于作者



黄建明长期从事在役无损检测技术工作近40年。任职于香港安捷材料试验有限公司,北京理工大学珠海学院“应用物理(无损检测方向)”本科专业兼职教授。美国焊接学会会员,美国无损检测学会会员,中国机械工程学会会员暨无损检测分会理事。英国焊接和无损检测人员考试发证章程(CSWIP)焊接检验督察,英国无损检测人员考试发证章程(PCN)II级焊缝射线照相评片员,美国焊接学会(AWS)高级焊接检验督察,AWS焊接导师,美国无损检测学会(ASNT)NDT检验师-UT、RT、MT、ET III级(高级)技术资格,中国机械工程学会无损检测分会RT、UT 3级(高级)技术资格。


联系方式:

邮箱:kmwong@aes.hk

公司:香港安捷材料试验有限公司 


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