[发明专利]测量单层或多层样品的层的层厚和声速的方法和测量装置

说明书

本发明涉及对无法达到其内侧或下侧的管道、容器或者板(以下称为样品)的壁厚的测量。除此之外，本发明还涉及这些样品的涂层或者衬里的层厚的测量。公开了借助于以一发一收和脉冲回波配置方式的超声波发射器和超声波接收器的专门测量装置以及用于在不预知样品中的声速的情况下确定壁厚的相关方法。本发明的目的在于，不依赖于对样品(例如管壁、容器壁或者板)的声速的认知，测量样品的壁厚。另一目的在于，在不预知其声速的情况下，测量多层系统(例如具有涂层或衬里的管壁)的单个层厚。该方法和测量装置使得能够不依赖于对样品(例如管壁、容器壁或板)的声速的认知，测量壁厚。这使得管道的壁厚和内径的测量不确定度得以降低，并且由此使得外夹式超声波流量计的测量不确定度得以降低。

技术领域

本发明涉及对无法达到其内侧或下侧的管道、容器或者板(以下称为样品)的壁厚的测量。除此之外，本发明还涉及这些样品的涂层或者衬里的层厚的测量。公开了借助于以一发一收和脉冲回波配置方式的超声波发射器和接收器的专门测量装置，以及用于在不预知样品中的声速的情况下确定壁厚的相关方法。

背景技术

例如在外夹式超声波流量测量中有必要在不触及内侧的情况下测量壁厚，在这种测量中，流量传感器被绑在现有的壁厚未知的管道上。而且，在例如用于确定容器的抗压强度的在非破坏性测试中，有必要在不进入内部空间的情况下测量壁厚。

外夹式超声波流量测量的精确性主要受管道内径的不定性的影响。可以简单且精确地用卷尺测量管道的外径。为了根据外径计算内径，必须知道管道的壁厚。壁厚确定中的误差最终表现为体积流量的测量误差。因此，必须尽可能准确地实现壁厚确定。由于外夹式流量测量的非侵入式的方式，只有在极少数情况下才能通过测微螺旋或游标卡尺，机械地测量壁厚或者内径。

可选地通过一个声音换能元件(发射器和接收器是相同的元件)或者通过两个声音换能元件(一发一收(Pitch-Catch)配置)，以脉冲回波法借助于超声波壁厚测量仪(WDM)进行的壁厚的测量对应于现有技术。在该方法中，垂直于样品表面，朝样品发射超声波脉冲。脉冲在样品(管道内壁或容器内壁、板)中多次反射。每次回波都由超声波壁厚测量仪的接收器接收。根据回波序列中的脉冲间隔并且借助于关于样品的声速的认知，就可以确定壁厚。为了获得足够精确的结果，必须先验已知声速。在通常情况下，仅根据材料的粗略评估并且根据表格化的数值，评估声速。对于钢样品，由于不同钢种的声速的散射，评估值可能会与真实值差2％。甚至没有考虑管壁声速的取决于温度的偏差(100℃的温差导致约1％的声速误差)。对于诸如铸铁或者塑料等钢以外的材料，评估误差会高得多。声速的错误评定直接导致壁厚的测量误差。如果在外夹式流量测量中考虑到这一测量不确定度，则对于大型管道(例如DN1000，壁厚25mm)，管道壁厚的2％的错误评估会导致0.2％的流量测量误差。对于小型且厚壁的管道(例如4“SCH 120)，流量测量的误差增长至1％。

根据专利US 6883376 B2，已知了一种在不知道其声速的情况下测量未知的管道壁厚的方法。不同于在此描绘的发明，该方法利用液浸和透射法。该方法要求待测量的管道必须装满水并且被浸入水浴中。该方法不适用于在不对其进行拆卸的情况下，在设备中测量现有的容器或者管道。

如果将传统的壁厚测量仪(WDM)用在有涂层或者衬里的管道上或者用于多层系统，则来自每个单个层的回波序列通常彼此重叠，导致无法继续毫无问题地对其进行估算，以确定壁厚。在单个层的特殊的层厚与声速比下，虽然可以估算回波序列(例如厚钢管壁上的薄塑料涂层)，但是根据现有技术，在不预知单个层的声速的情况下，无法确定单个的层厚。