POLITECHNIKA

K

ATEDRA

Instrukcja do zaj

POMIAR GRUBO

(suwmiarka, mikrometr,

POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

ATEDRA

ZARZĄDZANIA

PRODUKCJĄ

Instrukcja do zajęć laboratoryjnych z przedmiotu:

Systemy pomiarowe

Kod przedmiotu: KN05456

Ćwiczenie nr 5

POMIAR GRUBOŚCI

MATERIAŁÓW

suwmiarka, mikrometr, defektoskop DI 60

O p r a c o w a ł :

dr inż. Arkadiusz Łukjaniuk

Białystok 2011

BIAŁOSTOCKA

PRODUKCJĄ

laboratoryjnych z przedmiotu:

ŚCI

defektoskop DI 60)

Laboratorium „Systemy pomiarowe”

Ćw. Nr5 „Pomiar grubości materiałów (suwmiarka, mikrometr, defektoskop)

Strona 2

Wszystkie prawa zastrzeżone

Wszystkie nazwy handlowe i towarów występujące w niniejszej instrukcji są
znakami

towarowymi

zastrzeżonymi

lub

nazwami

zastrzeżonymi

odpowiednich firm odnośnych właścicieli.

Laboratorium „Systemy pomiarowe”

Ćw. Nr5 „Pomiar grubości materiałów (suwmiarka, mikrometr, defektoskop)

Strona 3

CEL ĆWICZENIA

:

zapoznanie studentów z metodami pomiaru grubości

materiałów, a także sposobem określania stopnia
skorodowania

elementów

konstrukcyjnych

i wykrywania wad materiałowych. Opanowanie
umiejętności pracy z defektoskopem DI 60.

1. PODSTAWY TEORETYCZNE

Do pomiaru wymiarów (grubości, wysokości, średnic, itp.) ciał

stałych używa się najczęściej metody:

mechaniczne (suwmiarki, mikrometry, czujniki zegarowe, itp.);

ultradźwiękowe (szczegółowe omówienie w dalszej części
instrukcji);

magnetyczne (przetworniki wiroprądowe do pomiaru grubości
materiałów niemagnetycznych);

pojemnościowe (pomiar grubości warstwy dielektryka w obszarze
między okładkami kondensatora);

izotopowe (wykorzystujące zjawisko pochłaniania promieniowania
α, β, γ przy przejściu przez warstwę badanego materiału).

a)

b)

Rys. 1. Przetwornik wiroprądowy: a) budowa: 1 - rdzeń magnetyczny; 2 - materiał

diamagnetyczny; b) charakterystyka przetwarzania.

W wyniku zasilania cewki nawiniętej na rdzeń ferromagnetyczny

wytwarza się w nim strumień magnetyczny. Strumień ten przenikając
zworę 2 wytwarza w niej prądy wirowe. Prądy indukowane w ekranie
metalowym 2 (niemagnetycznym) wytwarzają własne pole magnetyczne
osłabiające pole główne, stąd zbliżanie ekranu zmniejsza strumień
magnetyczny, a tym samym i indukcyjność własną. Charakterystyka
przetwarzania jest nieliniowa, co jest przyczyną błędów pomiaru
przetwornika. Innymi przyczynami błędów są: niestabilność napięcia
i częstotliwości źródła zasilania, wpływ temperatury.

Laboratorium „Systemy pomiarowe”

Ćw. Nr5 „Pomiar grubości materiałów (suwmiarka, mikrometr, defektoskop)

Strona 4

Rys. 2. Przetwornik pojemnościowy

W przetworniku pojemnościowym w wyniku zmiany przenikalności

elektrycznej względnej dielektryka umieszczonego między okładkami
kondensatora zmienia się jego pojemność, a więc wartość pojemności
takiego przetwornika można wyrazić w funkcji grubości materiału
dielektryka znajdującego się między okładkami kondensatora. Przetworniki
tego typu służą głównie do pomiaru grubości materiałów, których
przenikalność elektryczna względna jest większa od przenikalności
elektrycznej względnej powietrza.

W przypadku konieczności pomiaru grubości powłok (lakieru lub

metalu) stosuje się następujące metody:

magnetyczna;

elektromagnetyczna;

prądów wirowych;

izotopowa;

termoelektryczna.

Metoda magnetyczna stosuje się do pomiaru grubości pojedynczych

powłok niemagnetycznych i niklowych lub wypadkowej grubości
wielowarstwowych powłok niemagnetycznych na podłożu magnetycznym.

Tej metody nie stosuje się do pomiarów grubości powłok niklowych

w powłokach trójwarstwowych Cu-Ni-Cr oraz dwuwarstwowych Cu-Ni,
gdy nieznana jest grubość warstwy miedzi.

W zależności od rozwiązań konstrukcyjnych takiego przyrządu

wielkością mierzoną jest:

•

siła potrzebna do oderwania magnesu stałego lub elektromagnesu od
przedmiotu pokrytego badaną powłoką;

•

siła, z jaką poprzez powłokę przyciągany jest magnes stały przez
magnetyczne podłoże;

•

zmiana

strumienia

magnetycznego

w

chwili

ustawienia

nabiegunników przyrządu na przedmiocie pokrytym badaną
powłoką.

Metoda elektromagnetyczna stosuje się do pomiaru grubości wszelkich

pojedynczych powłok niemagnetycznych naniesionych na podłoże
magnetyczne lub też do wyznaczania sumarycznej grubości wszelkich
niemagnetycznych powłok wielowarstwowych naniesionych na podłoże

Laboratorium „Systemy pomiarowe”

Ćw. Nr5 „Pomiar grubości materiałów (suwmiarka, mikrometr, defektoskop)

Strona 5

magnetyczne. Nie należy stosować jej do pomiarów grubości powłok
żelaznych, niklowych, kobaltowych oraz powłok wykonanych ze stopów
magnetycznych.
W zależności od konstrukcji przyrządu mierzona jest:

•

wartość napięcia indukowanego w uzwojeniu wtórnym czujnika;

•

zmiana indukcyjności czujnika.

Metoda prądów wirowych stosuje się do pomiarów grubości:

•

powłok izolacyjnych na podłożu metalowym niemagnetycznym, np.
powłok tlenkowych, selenowych, fosforanowych, lakierowych,
gumowych itp. wytwarzanych na aluminium, cynku, miedzi oraz
stopach tych metali;

•

powłok metalowych niemagnetycznych na podłożu niemetalowym,
np. miedzianych, srebrnych na tworzywach sztucznych, ceramice,
szkle, itp.;

•

niemagnetycznych powłok metalowych na niemagnetycznym
podłożu metalowym, np. cyny na miedzi, złota na mosiądzu.

Metoda radiometryczna ma zastosowanie do pomiaru grubości powłok

wykonanych z materiałów o znanym składzie chemicznym. Warunkiem
koniecznym stosowania metody β-odbiciowej jest spełnienie następujących
warunków:

•

grubość podłoża musi być większa od warstwy nasycenia dla danego
izotopu i materiału;

•

grubość powłoki dla danego izotopu i rodzaju materiału musi być
mniejsza od warstwy nasycenia;

•

minimalna różnica w liczbach atomowych podłoża i powłoki musi
wynosić co najmniej 5.

Przy pomiarze grubości powłok metodą β-odbiciową wykorzystuje się
różnicę w intensywności odbijania promieni β przez różne materiały.

Metoda termoelektryczna ma zastosowanie przy pomiarach grubości

niklowych powłok galwanicznych, nakładanych na stal, stal z podwarstwą
miedzi, na miedź, mosiądz lub też na stopy Zn-Al. Wskazania zależne są
od składu kąpieli i dlatego przyrząd musi być skalowany na wzorcach
pokrytych powłoką niklową, nałożoną z takiej samej kąpieli jak powłoka
na badanych przedmiotach. Pomiar polega na wykorzystaniu zjawiska
powstawania termoogniwa pomiędzy niklem a metalem podłoża lub niklem
a metalem podwarstwy.

Metody ultradźwiękowe:

•

pomiar grubości na podstawie zmierzonego czasu przejścia fali
ultradźwiękowej przez materiał badany x=f(t);

•

pomiar grubości na podstawie zmierzonej wartości częstotliwości
x=f(f).

Na rys. 3 przedstawiony jest schemat blokowy grubosciomierza

ultradźwiękowego mierzącego grubosć materiału na podstawie pomiaru

Laboratorium „Systemy pomiarowe”

Ćw. Nr5 „Pomiar grubości materiałów (suwmiarka, mikrometr, defektoskop)

Strona 6

czasu przejścia fali ultradźwiękowej. Sygnał z generatora zegarowego
podawany jest na wejście bramki iloczynowej B (sygnał ten przejdzie dalej
do licznika w momencie, gdy na wejście bramki B pojawi się impuls
z układu sterowania). Na początku cyklu pracy wysyłany jest impuls
z generatora

wysokiej

częstotliwości

do

głowicy

nadawczej

N

grubościomierza i do układu sterującego (otwiera on w tym momencie
bramkę B i licznik zaczyna zliczać impulsy z generatora zegarowego). Fala
ultradźwiękowa z głowicy N przenika przez badany materiał i odbija się od
przeciwległej ścianki i wraca do głowicy odbiorczej. Sygnał z głowicy
odbiorczej po wzmocnieniu skierowany zostaje do układu sterowania,
który zmyka bramkę B i licznik przestaje zliczać impulsy. W rezultacie po
odpowiednich przeliczeniach na wyświetlaczu pojawi się wynik pomiaru
grubości badanego materiału.

Rys. 3. Schemat blokowy grubościomierza ultradźwiękowego x=f(t) [2].

Grubość x wyliczana jest na podstawie wzoru:







(1)

gdzie: c – prędkość propagacji fali ultradźwiękowej w badanym materiale;

t – czas przejścia fali ultradźwiękowej przez materiał.

Jeżeli częstotliwość generatora dobierzemy według zależności (2), to

wynik pomiaru x będzie w mm:









·

(2)

Rysunek 4 przedstawia schemat blokowy grubościomierza

realizującego algorytm x=f(f).

Laboratorium „Systemy pomiarowe”

Ćw. Nr5 „Pomiar grubości materiałów (suwmiarka, mikrometr, defektoskop)

Strona 7

Rys. 4. Schemat blokowy grubościomierza ultradźwiękowego x=f(f) [2].

Zasada działania jest następująca: regulujemy częstotliwością

generatora wysokiej częstotliwości do momentu powstania w badanym
materiale

fali

stojącej

(sygnalizuje

to

maksimum

wychylenia

wskaźnika W). W tym momencie w grubości materiału powinno być
n liczb półfal:







.

Wykorzystując znaną zależność prędkości propagacji fali i jej

długości możemy zapisać:







.

W celu wyeliminowania nieznanego parametru jakim jest liczba

półfal n wykonujemy pomiary dla dwóch kolejnych częstotliwości, przy
których występuje maksimum wskazań miernika W. Wtedy szukana
grubość materiału określa się jako:















.

3.

OPIS DEFEKTOSKOPU DI 60

Defektoskop

DI

60

to

uniwersalny

przyrząd

pomiarowy

wykorzystujący technikę pomiarową opartą na ultradźwiękach.

Defektoskop DI 60 przeznaczony jest do szybkich i nieniszczących badań
defektoskopowych pozwalających na wykrycie wad:



konstrukcji stalowych;



połączeń spawanych;



odkuwek i odlewów;



wyrobów walcowanych, np. szyn kolejowych, profili budowlanych
i konstrukcyjnych;

Laboratorium „Systemy pomiarowe”

Ćw. Nr5 „Pomiar grubości materiałów (suwmiarka, mikrometr, defektoskop)

Strona 8



wszelkich

wad

materiałów,

przez

które

przechodzi

fala

ultradźwiękowa.

Defektoskop DI 60 mierzy grubość ścian konstrukcji jednostronnie

dostępnych takich jak: zbiorniki i cysterny, rurociągi, kotły, kadłuby
statków itp.

Dane techniczne [3]

Konstrukcja

przystosowana do pracy w terenie

Znamionowe warunki pracy

zakres obserwacji
ustawiony fabrycznie

zakres obserwacji
ustawiany płynnie przez
użytkownika

zakres prędkości fal

zakres opóźnienia

częstotliwość powtarzania

zakres regulacji
wzmocnienia

podcięcie

dynamika zobrazowania

2-5-10-20-25-50-100-200-500 cm

od 2 do 500 cm
od 1 000 do 20 000 m/s
od 0 do 50 cm w stali
od 0,1 do 3 kHz
od 0 do 100 dB, skokowo co 0,1 dB
regulowane płynnie
26 dB

Banki kalibracyjne

10 banków

Współpraca z urządzeniami
zewnętrznymi

współpraca z komputerem i drukarką
przez interfejs szeregowy RS232C

Zasilanie

za pośrednictwem zasilacza - ładowarki
z sieci prądu przemiennego od 100V do
240V,
w terenie z akumulatora 6V

Zakres temperatur pracy

od - 20 º C do 50 º C

Czas pracy ciągłej
(zasilanie z akumulatora)

ok. 8 h

Wymiary zewnętrzne

135 x 260 x 185 mm

Masa

4 kg

Rysunek 5 przedstawia płytę czołową defektoskopu DI 60.

Laboratorium „Systemy pomiarowe”

Ćw. Nr5 „Pomiar grubości materiałów (suwmiarka, mikrometr, defektoskop)

Strona 9

Rys. 5. Płyta czołowa defektoskopu DI 60: 1 – pole przycisków sterowania nastawami
przyrządu; 2-gniazda przyłączania głowic ultradźwiękowych; 3 – (MENU) przycisk
włączania listy opcji; 4 – (dB) sterowanie wzmocnieniem, wyłączanie automatyki; 5 –
(m) sterowanie zasięgiem (podstawa czasu); 6 – sterowanie opóźnieniem; 7 – marker
monitora pierwszego; 8 – marker monitora drugiego; 9 – pole wyświetlania wartości
wzmocnienia; 10 - pole wyświetlania wartości zakresu pomiarowego; 11 - pole
wyświetlania listy opcji; 12 – (ENTER) przycisk potwierdzenia wyboru opcji lub
zakończenia wprowadzania danej; 13 - (ESC) przycisk przejscia do menu nadrzędnego
lub rezygnacja z wyboru opcji; ON – włączenie przyrządu; OFF - wyłączenie
przyrządu.

Sterowanie podstawą czasu (m) odbywa się za pomocą przycisków

poprzez naciskanie przycisków kierunkowych ←→.

Możliwe opcje sterowania:


M – skokowa - jest dostępna, gdy po kolejnym wciskaniu przycisku
m (rys.5) pojawi się w górnym prawym rogu ekranu (pod wartością
zakresu pomiarowego 10 – rys.5) napis ←→ M. Skokowa regulacja
jest możliwa w zakresie od 2-500 cm;



MZ – płynna regulacja możliwa jest w zakresie od 2-500 cm (opcja
aktywna, gdy po kolejnym wciskaniu przycisku m pojawi się
w górnym prawym rogu ekranu napis ←→ MZ);



LUP – zmiana wielkości opóźnienia (jest dostępna, gdy pojawi się
w górnym prawym rogu ekranu napis ←→ LUP);



M1 – regulacja położenia na ekranie monitora 1 (aktywna, gdy jest
napis górnym prawym rogu ekranu ←→ M1);

Laboratorium „Systemy pomiarowe”

Ćw. Nr5 „Pomiar grubości materiałów (suwmiarka, mikrometr, defektoskop)

Strona 10



M1R – regulacja położenia prawego końca linii monitora 1 (jego
szerokości). Dostępna, gdy pojawi się napis górnym prawym rogu
ekranu ←→ M1R;



M2 – regulacja położenia na ekranie monitora 2 (aktywna, gdy jest
napis górnym prawym rogu ekranu ←→ M2);



M2R – regulacja położenia prawego końca linii monitora 2 (jego
szerokości). Dostępna, gdy pojawi się napis górnym prawym rogu
ekranu ←→ M2R.

Defektoskop DI 60 charakteryzuje się:

zaprogramowanymi fabrycznie skalami OWR pozwalającymi na
dokładne określenie wielkości i położenia wady;

pamięcią 300 wyników pomiarów wraz z nastawami, datą oraz
dokładnym czasem pomiaru;

pomiarem tłumienia, prędkości i odległości;

dwoma niezależnymi monitorami w kanale;

zakresami obserwacji nastawianymi płynnie od 2 do 500 cm, lub
skokowo w zakresie: 2-5-10-20-50-100-200-500 cm;

możliwością współpracy z komputerem;

możliwością umieszczania pomiarów w bankach danych;

możliwością współpracy z różnymi typami głowic produkcji
METRISON oraz 10 głowicami innych dowolnych producentów;

możliwością pracy w terenie;

małymi gabarytami i masą;

długim czasem pracy na zasilaniu bateryjnym (ok. 8 h);

szczelną obudową IP-65 czyniącą go odpornym na zewnętrzne
warunki atmosferyczne.

Sterowanie defektoskopem polega wyborze opcji z rozwijanego menu.

Wybór opcji dokonuje się w sposób następujący:



wcisnąć klawisz MENU i w

polu wyświetlania listy opcji (11

na rys.5) pojawi się tekst opcji pierwszej: ODCZYT BANKU
NASTAW; korzystając z klawiszy kierunkowych (1 na rys.5)
wybrać właściwą opcję i zatwierdzić klawiszem ENTER;



po zatwierdzeniu opcji defektoskop wyswietla operatorowi
okreslone

polecenia,

które

należy

wykonać

zgodnie

z ukazującymi się komunikatami;



przechodzenie do menu nadrzędnego, rezygnacja z wyboru
opcji lub wykonania polecenia odbywa się poprzez nacisnięcia
klawisza ESC.

Lista opcji w menu defektoskopu DI 60:

1.

ODCZYT BANKU NASTAW – odczyt nastaw defektoskopu (mogą
to być nastawy zapisane przez użytkownika w celu usprawnienia

Laboratorium „Systemy pomiarowe”

Ćw. Nr5 „Pomiar grubości materiałów (suwmiarka, mikrometr, defektoskop)

Strona 11

pracy w poszczególnych trybach pomiarów).

2.

ZAPIS BANKU NASTAW – zapis nastaw defektoskopu.

3.

PRĘDKOŚĆ

–

wybór

prędko

Ś

ci

rozchodzenia

się

fali

ultradźwiękowej lub opcja pomiaru prędko

Ś

ci fali w badanym

materiale:

Rodzaj materiału

Prędkość fali

m/s

polietylen

2 000

polistyren

2 510

szkło organiczne

2 750

cyna

3 320

srebro

3 600

cynk

4 170

mosiądz

4 450

miedź

4 700

nikiel

5 630

stal

5 900

tytan

6 000

chrom

6 200

aluminium

6 260

4.

TYP GŁOWICY – wybór typu głowicy lub pomiar opóźnienia
dobiegu.

5.

MONITOR 1 – sterowanie monitorem 1:



regulacja

monitorów

–

sterowanie

przyciskami

←→

położeniem monitora na ekranie.



rodzaj alarmu:

pozytywny – wywołanie alarmu, gdy amplituda echa jest
wyższa od wartości progowej;

negatywny - wywołanie alarmu, gdy amplituda echa jest
poniżej wartości progowej.



alarm akustyczny

–

sygnalizowanie dźwiękiem:

al. akustyczny wł. – włączenie alarmu akustycznego;

al. akustyczny wył. – wyłączenie alarmu akustycznego.



alarm optyczny

–

sygnalizowanie alarmem optycznym:

al. optyczny wł. – włączenie alarmu optycznego;

al. optyczny wył. – wyłączenie alarmu optycznego.



monitor 1 wł/wył.

:

Laboratorium „Systemy pomiarowe”

Ćw. Nr5 „Pomiar grubości materiałów (suwmiarka, mikrometr, defektoskop)

Strona 12

monitor 1 włączony – włączenie monitora 1;

monitor 1 wyłączony – wyłączenie monitora 1.

6.

MONITOR 2 – sterowanie monitorem 2 – polecenia analogiczne jak
w przypadku monitora 1.

7.

POMIAR ODLEGŁOŚCI – pomiar odległo

Ś

ci ech między

monitorami.

8.

POMIAR TŁUMIENIA – pomiar tłumienia fali ultradźwiękowej.

9.

POMIAR PRĘDKOŚCI – pomiar prędkości rozchodzenia się fali
ultradźwiękowej.

10.

POMIAR WIELKOŚCI WADY – pomiar rozmiaru wady
równoważnej.

11.

AUTOMATYKA – sterowanie automatyką wzmocnienia:



automatyka mon – 1 – sterownie automatyką wzmocnienia
w monitorze 1

;



automatyka mon – 2 – sterownie automatyką wzmocnienia
w monitorze 2

;



automatyka wyłączona – wyłączenie automatyki wzmocnienia.

12.

PODCIĘCIE – sterowanie podcięciem.

13.

ENERGIA – sterowanie energia fali ultradźwiękowej w głowicy:



duża;



mała.

14.

PRZENIKANIE – wybór trybu pracy defektoskopu:



jedna głowica;



dwie głowice.

15.

CZĘSTOTLIWOŚĆ POWTARZANIA – sterowanie częstotliwością
powtarzania:



duża;



mała.

16.

KALIBRACJA ZASIĘGU – płynne sterowanie zakresem
obserwacji.

17.

DRUKOWANIE – komunikacja z komputerem lub drukarką.

18.

JEDNOSTKI – wybór jednostek, w których przedstawiane są
nastawy i wyniki pomiarów:



jednostki – µm;

Laboratorium „Systemy pomiarowe”

Ćw. Nr5 „Pomiar grubości materiałów (suwmiarka, mikrometr, defektoskop)

Strona 13



jednostki – cm;



jednostki – cale.

19.

JĘZYK – wybór języka w jakim wyświetlane będą komunikaty:



język polski;



język angielski.

20.

STAN BATERII – stan naładowania baterii w %.

21.

DATA I CZAS – data i czas wykonania pomiarów;

22.

PAMIĘĆ WYNIKÓW – przechowywane są wczesniej zpisane
wyniki pomiarów.

4.

POMIAR GRUBOŚCI DEFEKTOSKOPEM DI 60

Pomiary grubości metodą ultradźwiękową opierają się na pomiarze

czasu przejścia fali ultradźwiękowej przez badany element. Warunkiem
dokładnego pomiaru grubości jest niezmienna prędkość fali w mierzonym
materiale. W materiale niejednorodnym w różnych jego obszarach
występują różne wartości prędkości fali ultradźwiękowej. W tym
przypadku do skalowania przyrządu należy zastosować wartość srednią
prędkości. Na wartość prędkości fali ultradźwiękowej wpływa też
temperatura, dlatego też powinno skalować przyrząd w tej temperaturze
w jakiej będą przeprowadzane pomiary. Jeżeli jest to niemożliwe, to
konieczne jest użycie tablic korekcyjnych wpływu temperatury na
prędkości fali ultradźwiękowej.

Prędkość fali ultradźwiękowej zmienia się w momencie przejścia

z jednego rodzaju materiału w drugi (różna akustyczna oporność falowa).
Zmiana prędkości następuje np. w materiale platerowanym pokrytym
warstwą farby lub lakieru, co w efekcie daje fałszywy odczyt pomiaru
grubości. Brak przejścia fali ultradźwiękowej, a tym samym brak pomiaru
może być spowodowany rozwarstwieniami w materiale, szczelinami,
pęcherzami powietrza, złym przyleganiem powłoki lakierniczej lub
niedostatecznym sprzężeniem głowicy z mierzonym elementem. W celu
lepszego przylegania glowicy stosuje się miedzy innymi wodę, olej,
glicerynę, itp. (im bardziej porowata jest badana powierzchnia, tym
bardziej lepka substancja jest stosowana).

W celu pomiaru grubosci defektoskopem DI 60 należy:

a)

włączyć defektoskop przyciskiem ON i odczekać kilkanaście
sekund, w czasie których przyrząd przeprowadzi autotest;

b)

do końca przewodu pomiarowego umieszczonego w gnieździe 2
(rys. 5) dołączyć głowicę ultradźwiękową dla fal podłużnych
(o okrągłym przekroju);

Laboratorium „Systemy pomiarowe”

Ćw. Nr5 „Pomiar grubości materiałów (suwmiarka, mikrometr, defektoskop)

Strona 14

c)

wcisnąć przycisk MENU i następnie za pomocą przycisków
kierunkowych ↓ wybrać opcję „4.TYP GŁOWICY”, zatwierdzić
przyciskiem ENTER;

d)

przyciskiem ↑↓ wybrać typ głowicy 4L.0.10C i zatwierdzić
przyciskiem ENTER;

e)

wcisnąć przycisk MENU i następnie za pomocą przycisków
kierunkowych ↓ wybrać opcję „3. PRĘDKOŚĆ”, zatwierdzić
przyciskiem ENTER;

f)

przyciskiem ↓ wybrać wartość prędkości (np. STAL v=5900m/s)
i zatwierdzić przyciskiem ENTER;

g)

wcisnąć przycisk MENU i następnie za pomocą przycisków
kierunkowych ↓ wybrać opcję „7. POMIAR ODLEGŁOŚCI”,
ENTER, „UWZGLĘDNIAĆ ZERO GŁOWICY” - wybrać
przyciskiem ↓ NIE;

h)

zwilżyć powierzchnię roboczą głowicy ultradźwiękowej olejem
silikonowym (lub innym płynem) w celu zapewnienia jej dobrego
kontaktu z powierzchnią próbki i ustawić ją centralnie na próbce;

i)

wciskając kilkakrotnie przycisk „m” wybrać opcję „M2 ←→M”
i wciskać przycisk ← lub → tak, aby na ekranie widać było około 3-
5 impulsów (gdy próbka nie zawiera wad, to odległość między
kolejnymi impulsami jest równa jej grubości);

j)

jeżeli pierwszy impuls jest zbyt oddalony od zera na osi czasu, to

wcisnąć przycisk

i gdy pojawi się opcja „M2←→LUP”

przytrzymując przycisk ← lub→ przesunąć przebiegi do punktu „0”;

k)

wcisnąć przycisk „m” i gdy pojawi się opcja „M2 ←→MZ”
wciskając i przytrzymując przycisk ← lub → uzyskać na ekranie
dokładnie 4 impulsy;

l)

wcisnąć 1 raz przycisk „dB” (wyłączenie automatycznej regulacji
wzmocnienia) i przyciskami ↑↓ doprowadzić do tego, aby wszystkie
widoczne impulsy przekraczały wysokością środkową linię ekranu
(niektóre z impulsów mogą przy tym wychodzić poza ekran);

m)

wcisnąć przycisk „m” i gdy pojawi się opcja „M2 ←→M1”
wciskając i przytrzymując przycisk ← lub → przesunąć kursor
monitora 1, tak aby jego początek lekko wystawał przed zbocze
narastające drugiego impulsu (jeżeli kursor monitora 1 jest zbyt
szeroki, to wciskając przycisk „m” za pomocą opcji „M2
←→M1R” i przycisków ← lub → skrócić jego szerokość, tak aby
prawy koniec kursora M1 trochę wystawał za zbocze narastające
drugiego impulsu;

n)

wcisnąć przycisk „m” i gdy pojawi się opcja „M2 ←→M2”
wciskając i przytrzymując przycisk ← lub → przesunąć kursor
monitora 1, tak aby jego początek lekko wystawał przed zbocze
narastające trzeciego impulsu (jeżeli kursor monitora 2 jest zbyt

Laboratorium „Systemy pomiarowe”

Ćw. Nr5 „Pomiar grubości materiałów (suwmiarka, mikrometr, defektoskop)

Strona 15

szeroki, to wciskając przycisk „m” za pomocą opcji „M2
←→M2R” i przycisków ← lub → skrócić jego szerokość, tak aby
prawy koniec kursora M2 trochę wystawał za zbocze narastające
trzeciego impulsu;

o)

po wykonaniu tych operacji na ekranie pojawi się np. napis „M1-
012.5cm-M2”, co oznacza, że grubość mierzonej próbki wynosi
12,5 cm.

5.

NIEPEWNOSĆ POMIARU

Błąd pomiaru jest to różnica między wartością dokładną a wielkością

zmierzoną. Niestety wartości dokładnej nigdy nie poznamy, więc i nie
poznamy dokładnego błędu pomiaru. Jednak celem każdego pomiaru
wykonywanego przez inżyniera (i nie tylko) jest podanie wielkości
mierzonej wraz z pewną miarą niedokładności pomiaru. Jak wyznaczyć tą
niedokładność?

W teorii pomiarów ta niedokładność nazywana jest niepewnością

(uncertainty) i definiowana jest jako: „parametr, związany z wynikiem
pomiaru, charakteryzujący rozrzut wartości, które można w uzasadniony
sposób przypisać wielkości mierzonej”. Rozróżniamy niepewność
standardową i standardową złożoną.

Niepewność standardowa (standard uncertainty) jest to niepewność

wyniku pomiaru wyrażona jako odchylenie standardowe

)

ˆ

(

)

ˆ

(

i

i

x

x

u

σ

=

lub pierwiastek z estymaty wariancji

)

ˆ

(

2

i

x

s

, jeżeli wariancja jest

nieznana.

Niepewność

standardowa

złożona

(combined

uncertainty)

wyznacza się jako wartość funkcji innych wielkości zwanych
wejściowymi, wyrażoną w postaci zależności od wariancji lub estymat
wariancji (to jest od kwadratów niepewności) wartości wielkości
wejściowych przyjmowanych do obliczenia wyniku pomiaru.

Niepewność standardową oblicza się stosując dwie metody:



metodę typu A opartą na rozkładach częstości;



metodę typu B opartą na rozkładach danych lub przyjętych
apriori.

Niepewność typu A ocenia się za pomocą metod statystycznych. Na

podstawie serii N niezależnych pomiarów

k

xˆ

wielkości mierzonej

x

i

oblicza się wartość średnią

i

x

wyniku pomiaru:

Laboratorium „Systemy pomiarowe”

Ćw. Nr5 „Pomiar grubości materiałów (suwmiarka, mikrometr, defektoskop)

Strona 16

∑

=

=

N

k

k

i

x

N

x

1

ˆ

1

.

(3)

Niepewność standardowa typu A wyznacza się jako odchylenie

standardowe z średniej:

)

1

(

)

ˆ

(

)

(

)

ˆ

(

1

2

−

−

=

=

∑

=

N

N

x

x

x

s

x

U

N

k

i

k

i

i

A

.

(4)

Do wyznaczenia niepewności typu B niezbędne są informacje

o parametrach

metrologicznych

aparatury

pomiarowej

(najczęściej

wystarczy znajomość wartości błędu granicznego). Przy założonym
jednostajnym rozkładzie błędów aparatury niepewność typu B oblicza się
z zależności:

3

2

2

g

B

U

∆

=

lub

3

g

B

U

∆

=

,

(5)

gdzie:

∆

g

błąd graniczny przyrządu pomiarowego (podany przez

producenta).

Złożoną niepewność standardową wyznacza się z zależności:

)

(

)

ˆ

(

)

ˆ

(

2

2

2

x

U

x

U

x

U

B

A

C

+

=

.

(6)

Wielkość zmierzona powinna być przedstawiona w postaci:

)

ˆ

(

ˆ

x

U

X

X

±

=

.

(7)

Wielkość

)

ˆ

(x

U

jest nazywana niepewnością rozszerzoną i oblicza

się z wyrażenia:

)

ˆ

(

)

ˆ

(

x

U

k

x

U

C

p

⋅

=

,

(8)

gdzie: k

p

– współczynnik rozszerzenia (przy poziomie ufności p=0,95-

k

p

=2, a dla p=0,9973 – k

p

=3).

Jeżeli

2

2

A

B

U

U ff

, to niepewność rozszerzona

g

x

U

∆

≈

)

ˆ

(

(dla

p=0,9973), natomiast gdy:

2

2

B

A

U

U

≈

,

wtedy niepewność rozszerzoną

wyznaczamy z (8).

Przykład 1. Grubość pewnego elementu zmierzono czterokrotnie za
pomocą suwmiarki i uzyskano następujące wyniki pomiaru: d=(71,7; 72,2;
70,5; 69,2) mm. Obliczyć i zapisać wynik pomiaru dla poziomu ufności
p=0,9973 (k

p

=3).

Laboratorium „Systemy pomiarowe”

Ćw. Nr5 „Pomiar grubo

Wartość średnia

Niepewność standardowa typu A

wartości grubości) wg wzoru (

g

s

g

U

i

i

A

(

)

(

=

Niepewność standardowa typu B:

błędu suwmiarki, stąd:

W wyniku oblicze

otrzymamy:

g

U

)

ˆ

(

=

Ostatecznie wynik pomiaru mo

)

ˆ

(

=

±

=

g

U

g

g

6.

PRZEBIEG POMIARÓW

6.1. Kolejność czynności (pomiar elementów stalowych płaskich):

a)

zapoznać się z obsługą

b)

przygotować defektoskop DI 60 do pomiaru grubo

c)

wykonać pomiary defektoskopem DI 60 wskazanych przez prowadz
zajęcia próbek (rozdz.4 h

d)

wykonać pomiary tych samych
pomiarów zapisać w

e)

uzupełnić

tabelę

1

wykorzyst

w przykładzie 1 rozdz. 5

Laboratorium „Systemy pomiarowe”

grubości materiałów (suwmiarka, mikrometr, defektoskop)

Rozwiązanie:

ść średnia grubości zgodnie z (3) wynosi:

mm

g

g

N

g

i

i

N

i

i

i

9

,

70

4

1

1

4

1

1

=

=

=

∑

∑

=

=

ść standardowa typu A (odchylenie standardowe

wg wzoru (4):

N

N

g

g

N

i

i

i

i

669

,

0

)

1

(

)

ˆ

(

)

1

2

≈

=

−

−

=

∑

=

ść standardowa typu B: zakładamy równomierny rozkład

stąd:

mm

U

g

B

0577

,

0

3

1

,

0

3

=

=

∆

=

.

W wyniku obliczeń otrzymujemy

(ponad 10 razy)

U

k

U

k

A

p

C

p

01

,

2

67

,

0

3

≈

=

⋅

=

⋅

≈

⋅

=

nie wynik pomiaru można zapisać w postaci:

3

(

,

)

0

,

2

9

,

70

(

=

±

dla

k

mm

p

PRZEBIEG POMIARÓW

czynności (pomiar elementów stalowych płaskich):

ę z obsługą defektoskopu DI 60;

defektoskop DI 60 do pomiaru grubości (rozdz.4 a

pomiary defektoskopem DI 60 wskazanych przez prowadz

(rozdz.4 h-o), wyniki pomiarów zapisać w

tych samych próbek suwmiarką i mikrometrem

ć w tabeli 1;

ę

1

wykorzystując

metodykę

oblicze

rozdz. 5.

ci materiałów (suwmiarka, mikrometr, defektoskop)

Strona 17

mm

.

odchylenie standardowe średniej

mm

67

,

0

≈

zakładamy równomierny rozkład

(ponad 10 razy), stąd

mm

0

,

2

≈

.

w postaci:

)

9973

,

0

=

p

.

ci (pomiar elementów stalowych płaskich):

(rozdz.4 a-g);

pomiary defektoskopem DI 60 wskazanych przez prowadzącego

tabeli 1;

ą i mikrometrem, wyniki

ę

obliczeń

podaną

Laboratorium „Systemy pomiarowe”

Ćw. Nr5 „Pomiar grubo

Tabela 1

Sposób

pomiaru

grubości

g

x1i

mm mm

Suwmiarka

Suwmiarka

elektroniczna

Mikrometr

Defektoskop

DI 60

6.2. Pomiar średnic



wykonać pomiary defektoskopem DI 60 wskazanych przez
prowadzącego zaj
zapisać w tabeli 2;



każdy ze studentów samodzielnie wykonuje pomiar
i mikrometrem
a wyniki pomiarów zapisuje w



uzupełnić tabelę
w przykładzie 1 rozdz. 5

Laboratorium „Systemy pomiarowe”

grubości materiałów (suwmiarka, mikrometr, defektoskop)

g

x2i

g

x3i

g

1

=

g

x1

±

±

mm mm mm mm mm

mm

ś

rednic próbek stalowych:

ć pomiary defektoskopem DI 60 wskazanych przez

ącego zajęcia próbek (rozdz.4 h-o), a wyniki pomiarów

abeli 2;

dy ze studentów samodzielnie wykonuje pomiar

średnicy próbek wskazanych przez prowadz

wyniki pomiarów zapisuje w tabeli 2;

abelę 2 wykorzystując metodykę oblicze

przykładzie 1 rozdz. 5.

ci materiałów (suwmiarka, mikrometr, defektoskop)

Strona 18

g

2

=

g

x2

±

±

g

3

=

g

x3

±

±

mm

mm

pomiary defektoskopem DI 60 wskazanych przez

o), a wyniki pomiarów

dy ze studentów samodzielnie wykonuje pomiar suwmiarką

skazanych przez prowadzącego,

ę obliczeń podaną

Laboratorium „Systemy pomiarowe”

Ćw. Nr5 „Pomiar grubo

Tabela 2

Sposób

pomiaru

grubości

Øx

1i

mm

Suwmiarka

Suwmiarka

elektroniczna

Mikrometr

Defektoskop

DI 60

5.3. Pomiar elementów wykonanych



zmienić wartość
przycisk MENU
ENTER; przyciskiem
v=6260m/s”, ENTER

p)

wcisnąć przycisk
ODLEGŁOŚCI”
GŁOWICY”



wykonać pomiary defektoskopem DI 60 wskazanych przez
prowadzącego zaj
zapisać w tabeli



każdy ze studentów samodzielnie wykonuje pomiar
i mikrometrem
a wyniki pomiarów zapisuje w



uzupełnić tabelę
w przykładzie 1 rozdz. 5;

Laboratorium „Systemy pomiarowe”

grubości materiałów (suwmiarka, mikrometr, defektoskop)

Øx

2i

Ø

1

= Ø

x1

±

Mm

mm

mm

mm

5.3. Pomiar elementów wykonanych z aluminium:

ć wartość prędkości propagacji fali ultradźwię

MENU, wybrać przyciskiem ↓ opcję „3.

; przyciskiem ↓ wybrać wartość prędkości

ENTER;

przycisk MENU, wybrać przyciskiem ↓ opcję

CI”,

ENTER,

„UWZGLĘDNIA

GŁOWICY” - wybrać przyciskiem ↓ NIE;

ć pomiary defektoskopem DI 60 wskazanych przez

ącego zajęcia próbek (rozdz.4 h-o), a wyniki pomiarów

abeli 3;

dy ze studentów samodzielnie wykonuje pomiar

średnicy próbek wskazanych przez prowadz

wyniki pomiarów zapisuje w tabeli 3;

abelę 3 wykorzystując metodykę oblicze

przykładzie 1 rozdz. 5;

ci materiałów (suwmiarka, mikrometr, defektoskop)

Strona 19

Ø

2

= Ø

x2

±

mm

źwiękowej (wcisnąć

3. PRĘDKOŚĆ”,

ę

ści „ALUMINIUM

opcję „7. POMIAR

ĘDNIAĆ

ZERO

pomiary defektoskopem DI 60 wskazanych przez

), a wyniki pomiarów

dy ze studentów samodzielnie wykonuje pomiar suwmiarką

skazanych przez prowadzącego,

ę obliczeń podaną

Laboratorium „Systemy pomiarowe”

Ćw. Nr5 „Pomiar grubo

Tabela 3.

Sposób

pomiaru

grubości

g

x1i

mm

Suwmiarka

Suwmiarka
elektroniczna

Mikrometr

Defektoskop

DI 60

Sprawozdanie powinno zawiera



wypełnione tabele pomiaro



analizę uzyskan



wnioski.

7.

PYTANIA I ZADANIA KONTROLNE

1.

Omów

zjawiska

zachodz

ultradźwiękowej w ciałach stałych.

2.

Wymień metody pomiaru grubo

3.

Omów pomiar

4.

Wyjaśnij zasadę

5.

Opisz budowę głowicy do generacji fali ultrad

6.

Na podstawie przykładu opisz procedur
typu A.

7.

Na podstawie przykładu opisz procedur
typu B.

Laboratorium „Systemy pomiarowe”

grubości materiałów (suwmiarka, mikrometr, defektoskop)

g

x2i

g

1

= g

x1

±

mm

mm

mm

mm

mm

Sprawozdanie powinno zawierać:

ypełnione tabele pomiarowe podpisane przez prowadz

ę uzyskanych wyników pomiarów i oblicze

nioski.

PYTANIA I ZADANIA KONTROLNE

Omów

zjawiska

zachodzące

w

procesie

propagacji

ź

ękowej w ciałach stałych.

ń metody pomiaru grubości, ich wady i zalety.

pomiar grubości metodą ultradźwiękową.

śnij zasadę pomiaru grubości defektoskopem DI 60.

ę głowicy do generacji fali ultradźwiękowej.

ie przykładu opisz procedurę wyznaczania niepewno

Na podstawie przykładu opisz procedurę wyznaczania niepewno

ci materiałów (suwmiarka, mikrometr, defektoskop)

Strona 20

g

2

= g

x2

±

mm

we podpisane przez prowadzącego;

ych wyników pomiarów i obliczeń;

PYTANIA I ZADANIA KONTROLNE

ce

w

procesie

propagacji

fali

ci, ich wady i zalety.

ci defektoskopem DI 60.

ź

ękowej.

wyznaczania niepewności

wyznaczania niepewności

Laboratorium „Systemy pomiarowe”

Ćw. Nr5 „Pomiar grubości materiałów (suwmiarka, mikrometr, defektoskop)

Strona 21

8.

LITERATURA

1.

Wyrażanie niepewności pomiaru. Przewodnik. Główny Urząd Miar,
1999, ISBN 83-906546-1-x.

2.

Michalski A., Tumański S., Żyła B.: Laboratorium miernictwa wielkości
nieelektrycznych. Oficyna wydawnicza Politechniki Warszawskiej,
Warszawa 1999.

3.

Instrukcja obsługi defektoskopu DI 60. Metrison, Mościska 2011.

4.

Miłek M.: Metrologia elektryczna wielkości nieelektrycznych. WSP
Zielona Góra 2006.

WYMAGANIA BHP

Warunkiem przystąpienia do praktycznej realizacji ćwiczenia jest

zapoznanie się z instrukcją BHP i instrukcją przeciw pożarową oraz
przestrzeganie zasad w nich zawartych. Wybrane urządzenia dostępne na
stanowisku laboratoryjnym mogą posiadać instrukcje stanowiskowe. Przed
rozpoczęciem pracy należy zapoznać się z instrukcjami stanowiskowymi
wskazanymi przez prowadzącego.

W trakcie zajęć laboratoryjnych należy przestrzegać następujących

zasad.

♦

Sprawdzić, czy urządzenia dostępne na stanowisku laboratoryjnym

są w stanie kompletnym, nie wskazującym na fizyczne uszkodzenie.

♦

Sprawdzić prawidłowość połączeń urządzeń.

♦

Załączenie napięcia do układu pomiarowego może się odbywać po

wyrażeniu zgody przez prowadzącego.

♦

Przyrządy pomiarowe należy ustawić w sposób zapewniający stałą

obserwację, bez konieczności nachylania się nad innymi elementami
układu znajdującymi się pod napięciem.

♦

Zabronione jest dokonywanie jakichkolwiek przełączeń oraz

wymiana elementów składowych stanowiska pod napięciem.

♦

Zmiana konfiguracji stanowiska i połączeń w badanym układzie

może się odbywać wyłącznie w porozumieniu z prowadzącym zajęcia.

♦

W przypadku zaniku napięcia zasilającego należy niezwłocznie

wyłączyć wszystkie urządzenia.

♦

Stwierdzone wszelkie braki w wyposażeniu stanowiska oraz

nieprawidłowości w funkcjonowaniu sprzętu należy przekazywać
prowadzącemu zajęcia.

♦

Zabrania się samodzielnego włączania, manipulowania i korzystania

z urządzeń nie należących do danego ćwiczenia.

♦

W przypadku wystąpienia porażenia prądem elektrycznym należy

niezwłocznie wyłączyć zasilanie stanowisk laboratoryjnych za pomocą
wyłącznika bezpieczeństwa, dostępnego na każdej tablicy rozdzielczej
w laboratorium. Przed odłączeniem napięcia nie dotykać porażonego.