El medidor ultrasónico de material de PCE Instruments es un dispositivo ideal para medir por ultrasonido el espesor de materiales homogéneos, como metales, plásticos, cristales o resinas en un rango de 0,65 a 600 mm. La resolución máxima de 0,001 mm permite detectar diferencias muy pequeñas en el espesor. Para conseguir una medición precisa es necesario ajustar la velocidad ultrasónica en el medidor ultrasónico de material. Puede ajustar en el PCE-TG 300 la velocidad en pasos de 1 m/s. También es posible realizar una calibración de varios puntos. En caso que desconozca la velocidad ultrasónica del material, es posible determinarla con nuestro medidor ultrasónico de material. Si conoce el espesor de una pieza debe introducir ese valor en el medidor ultrasónico de material. Una vez que ha colocado el sensor ultrasónico sobre la pieza se le indicará la velocidad ultrasónica del material. Puede visualizar los valores de medición en la gran pantalla LCD a color. La navegación en el menú es sencilla y se realiza a través de las teclas. Puede almacenar los valores medidos en la memoria interna del medidor ultrasónico de material. Para evaluar esos datos puede usar el software opcional para PC. Puede ampliar la funcionalidad del medidor ultrasónico de material mediante otras sondas opcionales. Tiene a disposición sondas de 2.5 MHz, 5 MHz y 7 MHz y con diferentes diámetros. Esto le permite medir adicionalmente a los materiales estándar, en materiales altamente amortiguadores como el hierro fundido o el plástico, así como en componentes con un espesor fino.

El oído humano es capaz de detectar frecuencias de sonido hasta un máximo de 16 kHz. Las frecuencias por encima de este límite no son audibles para los humanos y se denominan ultrasonidos. Este ultrasonido se utiliza en la industria en diversas áreas como la soldadura, la limpieza, los ensayos no destructivos (NDT) o incluso en la medición del espesor del material. Dependiendo del material, los ultrasonidos son absorbidos, reflejados, dispersados o transmitidos. La medición del espesor del material por ultrasonidos es especialmente adecuada para todos los materiales conductores de sonido de estructura homogénea con pocos efectos de dispersión y reflexión. Los materiales metálicos como el acero son ideales, ya que la microestructura dentro del material conduce muy bien las ondas ultrasónicas. Como resultado se consigue una alta profundidad de penetración y eco de reflexión claros en las capas límite.

Los parámetros esenciales en relación con el material son la velocidad del sonido y la atenuación del sonido. En la atenuación del sonido se diferencia entre la absorción del sonido y la dispersión del mismo. La absorción del sonido es causada por la conversión de la energía del sonido en otras formas de energía, como por ejemplo el calor. Esto reduce la fuerza de la señal útil, lo que como resultado consigue tiempos de tránsito más cortos en el material cuando se mide el espesor del mismo. Como la absorción depende de la frecuencia de la sonda, la absorción puede atenuarse, por ejemplo, reduciendo la frecuencia de la prueba, lo que consigue una mayor profundidad de penetración. La atenuación del sonido es causada por los efectos de dispersión en los límites de la estructura del material. También en este caso el aumento de la frecuencia de la prueba aumenta la dispersión del sonido, incluso de forma desproporcionada en comparación con la absorción. Cuando se mide el espesor de materiales con una alta atenuación de sonido como los plásticos o el hierro fundido, se pueden obtener mejores resultados al reducir la frecuencia de la prueba.

Cuando se mide el espesor de un material con ultrasonido, se utilizan las impedancias de onda o la absorción del sonido y la velocidad del sonido de los diferentes materiales. Cuanto mayores sean las diferencias en las impedancias de onda o las resistencias acústicas entre materiales adyacentes, más claras podrán determinarse las reflexiones ultrasónicas. El aire, por ejemplo, tiene una fuerte propiedad de amortiguación con relación al ultrasonido, de modo que se producen fuertes ecos de reflexión en las capas límite entre los metales y el aire. Este efecto se utiliza en la medición del espesor de materiales para determinar el grosor de un pieza. Al mismo tiempo, este efecto también requiere que se aplique un gel de acoplamiento entre la sonda y el material a medir. Esto permite cerrar la brecha de aire, pues caso contrario la no aplicación del gel de acoplamiento impediría la transmisión de ultrasonido de la sonda al material.

En la medición del espesor del material con una sonda ultrasónica de doble eco se evalúan varios ecos. Este método para la medición del espesor del material es especialmente apto para las piezas revestidas. Si el sensor ultrasónico se coloca en la pieza revestida, el revestimiento se incluye en la medición del espesor del material al usar una sonda de pulso-eco. Esto da lugar a un error causado por las diferentes velocidades de sonido del material de revestimiento y del material base. En una pieza de acero recubierta de plástico hay una diferencia en la velocidad del sonido de 3000 ... 4000 m/s. Si se establece el acero como velocidad de sonido en el medidor ultrasónico de material, entonces, al medir el espesor total se mediría el revestimiento con una velocidad de sonido incorrecta, lo que conduciría a un resultado de medición incorrecto. Además, el objetivo de la medición de espesor de un material no es conocer el grosor de un revestimiento, ya que para esto se utilizan medidores de recubrimiento; más bien, lo que uno desea es conocer el espesor del material del sustrato. La función de doble eco del medidor ultrasónico de material resta el espesor del revestimiento del espesor total del material. Esto permite medir un material revestido sin que el revestimiento incida en el resultado de medición.

Sensores ultrasónicos para la medición del espesor de un material

Cuando se mide el espesor de un material, la estructura de un material que se a medir juega un papel importante en la selección del sensor. Como ya se ha descrito anteriormente, cuanto más homogénea sea la estructura de un material, mejor funcionará la medición del espesor del material. Las estructuras de rejilla metálica son ideales porque las ondas ultrasónicas se transmiten a través del material sin grandes pérdidas de dispersión. En la medición en materiales fundidos, como por ejemplo el hierro fundido, las pérdidas de dispersión debidas a las inclusiones de grafito suelen ser mucho mayores. Esto conlleva que las pérdidas de energía de las ondas ultrasónicas sean mayores lo que a su vez reduce la profundidad de penetración. En el caso de materiales muy poco homogéneos, la medición del espesor del material con un medidor ultrasónico de material es muy difícil o a menudo imposible.

Para resolver este problema, el medidor ultrasónico de material de doble eco de PCE Instruments ofrece la posibilidad de seleccionar diferentes sensores. La regla básica es que cuanto menos homogéneo sea el material, más baja debe ser la frecuencia de la sonda ultrasónica. Cuanto más delgado sea el espesor del material y más precisa sea la medición, mayor será la frecuencia de la sonda. Para piezas con un espesor fino el sensor ultrasónico de 7 MHz sería adecuado. Para los materiales de fundición así como los plásticos se debe seleccionar una sonda de 2,5 MHz. El medidor ultrasónico de material se entrega con un sensor de doble eco (E-E) de 5 MHz . La frecuencia de 5 MHz permite un uso para relativamente muchas aplicaciones. Ahora bien, en cuanto se la tarea de medición se vuelve un poco más exigente o especial, como la descrita anteriormente, tiene mucho sentido cambiar de sonda. La función de doble eco (E-E) también permite medir el espesor de un material a través de un recubrimiento. Ahora bien, las otras sondas no integra esta función.

El medidor ultrasónico de material de doble eco es también apto para aplicaciones de alta temperatura. Para medir en una superficie con una temperatura de hasta 300 °C puede utilizar un sensor de alta temperatura de 5 MHz. Tenga presente que en este caso se requiere un gel de acoplamiento especial que soporta las temperaturas. También debe tener en cuenta que la velocidad del sonido depende de la temperatura. Cuando trabaje con piezas con una temperaturas más alta y para mantener la precisión, le recomendamos comprobar cuán grandes son las posibles desviaciones de la velocidad del sonido causados por un cambio de temperatura. En el caso del acero, la velocidad del sonido se reduce en aproximadamente un 1% con un aumento de temperatura de aproximadamente 50 °C. Por lo tanto, si introduce la velocidad de sonido de un material está previsto que sea para medir el espesor a una temperatura de unos 20 ºC. Si la superficie de ese mismo material está a unos 300°C pueden producirse desviaciones de medición de unas pocas décimas de milímetro.