PCE Instruments tarafından sunulan ultrasonik echo-echo malzeme kalınlığı ölçüm cihazı, metal, plastik, cam ya da reçine gibi homojen malzemelerin duvar kalınlığını 0.65 … 600 mm ölçüm aralığında ultrason aracılığıyla ölçmek için uygundur. Ultrasonik echo-echo malzeme kalınlığı ölçüm cihazının maksimum 0.001 mm çözünürlüğü ile duvar kalınlığındaki çok küçük farklılıklar bile ölçülebilir. Hassas ölçümler gerçekleştirmek için ölçülecek malzemenin doğru ses hızı, ultrasonik echo-echo malzeme kalınlığı ölçüm cihazında önceden ayarlanmalıdır. Ultrasonik echo-echo malzeme kalınlığı ölçüm cihazı PCE-TG 300-HT5 ile ses hızı 1 m/s’lik adımlarla değiştirilebilir. Bunun haricinde çok noktalı kalibrasyon da gerçekleştirilebilir. Malzeme ses hızının bilinmediği durumlarda bu, ultrasonik echo-echo malzeme kalınlığı ölçüm cihazı ile de belirlenebilir. Test nesnesinin kalınlığı biliniyorsa bu değer ultrasonik echo-echo malzeme kalınlığı ölçüm cihazında girilmelidir. Ultrasonik sensör test nesnesi üzerine yerleştirildikten sonra malzemenin ses hızı doğrudan görüntülenir. Ultrasonik echo-echo malzeme kalınlığı ölçüm cihazı ile elde edilen ölçüm değerleri, hızlı seçim tuşları aracılığıyla kolay gezinme imkanı sunan geniş LCD renkli ekranda görüntülenir. Ölçüm değerleri, ultrasonik echo-echo malzeme kalınlığı ölçüm cihazının dahili belleğinde kaydedilebilir. Ölçüm verileri, değerlendirme gibi işlemler için opsiyonel yazılım aracılığıyla analiz edilebilir ya da Bluetooth aracılığıyla doğrudan bir yazıcı ile yazdırılabilir. Ultrasonik echo-echo malzeme kalınlığı ölçüm cihazının işlevselliği, opsiyonel olarak temin edilebilen sensörlerle genişletilmiştir. Ultrasonik echo-echo malzeme kalınlığı ölçüm cihazı için 2.5 MHz, 5 MHz ve 7 MHz gibi frekanslarda ve farklı çaplarda sensörler mevcuttur. Böylece, ultrasonik echo-echo malzeme kalınlığı ölçüm cihazı ile homojen standart malzemelerin yanı sıra dökme demir ya da plastik gibi güçlü sönümleme malzemeleri ve ince duvarlı bileşenler de ölçülebilir.

İnsan kulağı maksimum 16 kHz’e kadar olan ses frekanslarını algılayabilirken bu sınırın üzerindeki frekanslar insanlar tarafından duyulamaz. Bu sınırın üzerindeki frekanslar ultrason olarak adlandırılır. Ultrason, endüstride kaynak, temizlik, tahribatsız muayene (NDT) ya da malzeme kalınlığı ölçümü gibi çeşitli alanlarda kullanılmaktadır. Ultrason, malzemeye göre emilir, yansıtılır, saçılır ya da iletilir. Ultrason kullanarak malzeme kalınlığı ölçümü, özellikle az sayıda saçılma ve yansıma etkisinin meydana geldiği homojen bir yapıya sahip ses ileten tüm malzemeler için uygundur. Çelik gibi metalik malzemeler, malzeme içindeki mikro yapı ultrasonik dalgaları çok iyi ilettiği ve yüksek penetrasyon derinlikleri ve arayüzlerde net yansımalar oluşturduğu için bu tür ölçümler için idealdir.

Ses hızı ve akustik zayıflama, malzeme ile ilgili temel parametrelerdendir. Akustik zayıflama söz konusu olduğunda akustik absorpsiyon ve akustik saçılma arasında bir ayrım yapılır. Akustik absorpsiyon, ses enerjisinin ısı gibi diğer enerji biçimlerine dönüştürülmesinden kaynaklanır. Bu, faydalı sinyalin gücünü azaltarak malzeme kalınlığı ölçümü sırasında malzemede daha kısa çalışma sürelerine neden olur. Emilim sensörün frekansına bağlı olduğundan test frekansı azaltılarak emilim zayıflatılabilir; bu da daha yüksek penetrasyon derinliklerini mümkün kılar. Akustik zayıflama, malzeme yapısının tane sınırlarındaki saçılma etkilerinden kaynaklanır. Burada da test frekansının arttırılması akustik saçılımı orantısız bir şekilde arttırır. Plastik ya da dökme demir gibi sesi güçlü bir şekilde zayıflatan malzemelerin kalınlığını ölçerken bazı durumlarda test frekansı azaltılarak daha iyi sonuçlar elde edilebilir.

Ultrason ile malzeme kalınlığı ölçülürken farklı malzemelerin dalga empedansları ya da akustik dirençler arasındaki farklar ne kadar büyük olursa ultrason yansımaları da o kadar net belirlenebilir. Örneğin, hava, ultrason açısından güçlü bir zayıflatma özelliğine sahip olduğundan metaller ve hava arasındaki arayüzlerde güçlü yansıma yankıları oluşur. Bu etki, duvar kalınlıklarını belirlemek için malzeme kalınlığı ölçümünde kullanılır. Bu etki aynı zamanda hava boşluğunu kapatmak için sensör ile test nesnesi arasına bağlantı jeli uygulanmasını da sağlar, bu da bağlantı jeli uygulanmadan ultrasonun sensörden test nesnesine iletilmesini önler.

Ultrasonik echo-echo malzeme kalınlığı ölçümü ile birkaç echo değerlendirilir. Bu tür bir malzeme kalınlığı ölçüm yöntemi özellikle kaplanmış test nesneleri için uygundur. Ultrasonik sensör kaplanmış test nesnesi üzerine yerleştirildiğinde kaplama bir puls-echo ölçümü sırasında malzeme kalınlığına dahil edilir. Bu durum, kaplama malzemesi ve temel malzemenin farklı ses hızlarından kaynaklanan bir hataya neden olur. Plastik kaplı çelik bir test nesnesi söz konusu olduğunda ses hızları arasında 3000 … 4000 m/s’lik farklar vardır. Ultrasonik echo-echo malzeme kalınlığı ölçüm cihazındaki ses hızının çelik olarak ayarlanması, toplam malzeme kalınlığı ölçülürken kaplamanın yanlış bir ses hızı ile ölçülmesine ve dolayısıyla yanlış bir ölçüm sonucu elde edilmesine neden olur. Buna ek olarak, malzeme kalınlığı ölçümünde amaç genelde bir kaplamanın kalınlığını ölçmek değil (ki kaplama ölçerler bunun için kullanılır) alt tabaka malzemesinin malzeme kalınlığını ölçmektir. Ultrasonik echo-echo malzeme kalınlığı ölçüm cihazının echo-echo fonksiyonu, kaplama kalınlığını toplam malzeme kalınlığından çıkarır. Bu şekilde, kaplanmış bir test nesnesinin kalınlığı, kaplama kalınlığı genel sonuca dahil edilmeden ultrasonik echo-echo malzeme kalınlığı ölçüm cihazı ile ölçülebilir.

Malzeme kalınlığı ölçümünde test edilecek malzemenin malzeme yapısı sensör seçimi açısından son derece önemli bir rol oynar. Daha önce belirtildiği gibi malzeme yapısı ne kadar homojen olursa malzeme kalınlığı ölçümü o kadar iyi sonuç verir. Ultrasonik dalgalar büyük saçılma kayıpları olmadan malzeme boyunca yönlendirildiği için metal ızgara yapıları idealdir. Dökme demir gibi döküm malzemelerde grafit kalıntıları nedeniyle saçılma kayıpları genelde çok daha fazladır. Bu, ultrasonik dalgalarında enerji kayıplarının daha fazla olduğu anlamına gelir ve bu da penetrasyon derinliklerini azaltır. GRP ya da CFRP gibi çok homojen olmayan malzemeler söz konusu olduğunda malzeme kalınlığı ölçüm cihazı ile duvar kalınlığı ölçümü zorlaşır ya da çoğu zaman ölçüm gerçekleştirmek mümkün olmaz.

Bu sorunun üstesinden gelmek için PCE markalı ultrasonik echo-echo malzeme kalınlığı ölçüm cihazı farklı sensörler seçme imkanı sunar. Burada temel kural, ultrasonik sensör frekansının malzemenin homojenliğine göre seçilmesidir. Malzemenin homojenliği ne kadar az ise ultrasonik sensörün frekansı da o kadar düşük olmalıdır. Malzeme kalınlığı ne kadar inceyse ve ölçümün de o kadar hassas olması gerekiyorsa sensör frekansı da o kadar yüksek seçilmelidir. Örneğin, ince duvarlı test nesneleri için 7 MHz ultrasonik sensör uygun olabilir. Döküm malzemeler ve plastikler için 2.5 MHz seçilmelidir. Ultrasonik echo-echo malzeme kalınlığı ölçüm cihazı standart olarak 5 MHz E-E sensör ile birlikte teslim edilir. 5 MHz ile nispeten çok sayıda uygulama karşılanabilse de yukarıda belirtildiği gibi özel bir alanda ölçüm gerçekleştirmek daha da zorlaşır ve probun değiştirilmesi gerekir. E-E fonksiyonu, kaplamalar aracılığıyla duvar kalınlığının ölçülmesini de sağlar. Diğer sensörler bu fonksiyona sahip değildir.

Ultrasonik echo-echo malzeme kalınlığı ölçüm cihazı, yüksek sıcaklık uygulamaları için de uygundur. 300 °C’ye kadar yüksek yüzey sıcaklıklarına sahip uygulamalar için 5 MHz’lik bir yüksek sıcaklık sensörü kullanılabilir. İlgili sıcaklıklara dayanabilen özel bağlantı jelinin gerekli olduğu ve ses hızlarının sıcaklığa bağlı olduğu unutulmamalıdır. Daha yüksek sıcaklıklarda sıcaklık değişimlerinden kaynaklanan ses hızındaki olası sapmalar daha fazla hassasiyet için kontrol edilmelidir. Çelik için ses hızı yaklaşık 50 °C’lik bir sıcaklık artışı ile yaklaşık %1 oranında azalır. Bu nedenle, 300 °C’lik sıcak bir yüzeyde ultrasonik echo-echo malzeme kalınlığı ölçüm cihazına aslında ilgili malzeme için sadece yaklaşık 20 °C’lik sıcaklıklar için geçerli olan bir ses hızının girilmesi halinde milimetrenin onda biri kadar ölçüm sapmaları meydana gelebilir (sadece PCE-TG 300-P5EE sensörü ile)