CN105571708B - 用于超声高温检测声速校准的设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于超声高温检测声速校准的设备。该设备包括：安装座、温度监测装置、试块以及电磁超声传感器，安装座形成有安装腔，试块位于安装腔内，试块通过导热片与检测对象接触，且试块与检测对象之间通过导热片进行热传递，电磁超声传感器设置在安装腔内，在温度监测装置监测到的试块与检测对象间的温差小于预设值时，利用电磁超声传感器检测试块中超声波的传播速度，其中，检测对象的温度值在预设温度范围内。本发明解决了相关技术中使用超声波对高温设备进行检测时，其准确度较低的技术问题。

Description

用于超声高温检测声速校准的设备

技术领域

本发明涉及超声波无损检测领域，具体而言，涉及一种用于超声高温检测声速校准的设备。

背景技术

众多石油、化工等工业生产设备工作在高温条件下，此类设备常需要接触易燃、易爆、腐蚀性的介质，易产生缺陷，造成灾难，因此实现高温在役设备准确可靠的质量检验检测，保证该类设备的安全可靠，具有十分重要的意义。

目前，常用超声无损检测技术来进行高温在役设备的检测。然而，由于温度变化会影响超声在被检工件中的传播速度，进而影响检测的可靠性，特别是在进行超声测厚时会严重影响检测精度，因此在高温检测时不能利用工件在常温下的超声波声速来进行检测，需要先对工件在高温下的超声声速进行校准。

常规的超声检测是采用对比试块来进行校准，但是在高温检测时利用对比试块进行声速校准存在诸多不便，如对比试块不方便携带、在校准时需要临时加热到与被检工件相同的温度、需要单独加热和冷却、对比试块容易磨损等，这些操作在现场不易实现。现阶段应用于高温检测的仪器设备，大多都是利用材料声速随温度变化的经验公式对超声声速进行补偿计算，利用计算后的声速来进行高温检测，这种方法需要已知材料在常温下的声速，用于计算的材料和被检工件材料的一致性不好保证，使得这种方法确定的声速和实际声速存在一定误差，影响超声检测的精度。

针对相关技术中使用超声波对高温设备进行检测时，其准确度较低的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种用于超声高温检测声速校准的设备，以至少解决相关技术中使用超声波对高温设备进行检测时，其准确度较低的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种用于超声高温检测声速校准的设备，该设备包括安装座、试块以及电磁超声传感器，安装座形成有安装腔，试块位于安装腔内，试块与检测对象接触，且试块与检测对象之间热传递，电磁超声传感器设置在安装腔内，在试块与检测对象间的温差小于预设值时，电磁超声传感器检测试块中超声波的传播速度，其中，检测对象的温度值在预设温度范围内。

进一步地，该设备还包括温度监测装置，温度监测装置用于分别监测试块和检测对象的温度。

进一步地，该设备还包括显示装置，显示装置与温度监测装置连接，显示装置用于显示试块和检测对象的温度，或显示试块与检测对象的温差。

进一步地，温度监测装置包括第一热电偶和第二热电偶，第一热电偶与第二热电偶均安装在安装座上，第一热电偶的检测端与试块接触，第二热电偶的检测端与检测对象接触，第一热电偶的信号输出端和第二热电偶的信号输出端均与显示装置连接。

进一步地，该设备还包括导热片、保温套以及隔热片，保温套套设在试块上，安装座的第一端具有安装孔，导热片安装在安装孔内，导热片的第一侧与试块的第一端接触，导热片的第二侧与检测对象接触，隔热片的第一侧与试块的第二端接触，隔热片的第二侧朝向电磁超声传感器，其中，试块通过导热片与检测对象进行热传递。

进一步地，该设备还包括操作装置，操作装置与电磁超声传感器连接，操作装置用于推动电磁超声传感器沿安装座的轴向方向移动。

进一步地，安装座的第二端开设有与安装腔连通的通孔，操作装置包括保护套筒、操作杆、弹簧以及限位部，限位部设置在操作杆上，保护套筒的第一端固定连接在安装座的第二端上，弹簧套设在操作杆上，且弹簧的第一端与安装座相抵，弹簧的第二端与限位部相抵，操作杆可滑动地依次穿过保护套筒和通孔，操作杆的第一端与电磁超声传感器固定连接。

进一步地，保护套筒的第二端和操作杆的第二端设置有橡胶壳。

进一步地，该设备还包括位移检测器，位移检测器设置在安装腔内，并与显示装置连接，位移检测器用于检测试块在沿安装座的轴向方向上的长度。

进一步地，电磁超声传感器包括电磁超声纵波传感器和电磁超声横波传感器中的之一，预设温度范围为50摄氏度至750摄氏度。

在本发明实施例中，用于超声高温检测声速校准的设备包括安装座、试块以及电磁超声传感器，安装座形成有安装腔，试块位于安装腔内，试块与检测对象接触，且试块与检测对象之间热传递，电磁超声传感器设置在安装腔内，在试块与检测对象间的温差小于预设值时，电磁超声传感器检测试块中超声波的传播速度，由于温度变化会影响超声在检测对象中的传播速度，因此可以在试块与检测对象(即高温设备)的温度相当时，利用试块的传播速度来对检测对象的传播速度进行校正，通过校正后的超声波传播速度对设备进行检测，从而解决了相关技术中使用超声波对高温设备进行检测时，其准确度较低的技术问题，实现了对检测对象的准确检测的技术效果，同时，将试块与传感器集成在一起，提高了集成度，有利于工作人员的携带和使用，且将试块安装在安装腔内，可以避免试块的磨损，保证测试结果的准确性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种可选的用于超声高温检测声速校准的设备的示意图；

图2是根据本发明实施例的另一种可选的用于超声高温检测声速校准的设备的示意图；以及

图3是根据本发明实施例的第三种可选的用于超声高温检测声速校准的设备的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本发明实施例，提供了一种用于超声高温检测声速校准的设备的实施例，图1是根据本发明实施例的一种可选的用于超声高温检测声速校准的设备的示意图，如图1所示，该设备包括安装座10、试块20以及电磁超声传感器30，安装座10形成有安装腔11，试块位于安装腔内，试块20与检测对象接触，且试块与检测对象之间热传递，电磁超声传感器设置在安装腔内，在试块与检测对象间的温差小于预设值时，电磁超声传感器检测试块中超声波的传播速度，其中，检测对象的温度值在预设温度范围内。

通过上述实施例，校准设备包括安装座、试块以及电磁超声传感器，将试块设置安装腔内，试块与检测对象接触，且试块与检测对象之间热传递，电磁超声传感器设置在安装腔内，在试块与检测对象间的温差小于预设值时，电磁超声传感器检测试块中超声波的传播速度，由于温度变化会影响超声在检测对象中的传播速度，因此可以在试块与检测对象(如高温设备)的温度相当时，利用试块的传播速度来对检测对象的传播速度进行校正，通过校正后的超声波传播速度对设备进行检测，从而解决了相关技术中使用超声波对高温设备进行检测时，其准确度较低的技术问题，实现了对检测对象的准确检测的技术效果，同时，将试块与传感器集成在一起，提高了传感器的集成度，有利于工作人员的携带和使用，且将试块安装在安装腔内，可以避免试块的磨损，保证测试结果的准确性。

本申请的校准设备主要用于测取高温物体的超声波速度，通过对高温物体的超声波速度进行标定，从而可以用于校准，如在需要对目标对象(如高温设备的外壳)的厚度进行检测时，可以将校准设备与高温设备的外壳接触，利用高温设备对试块进行加热，待二者的温差小于预设值(如2摄氏度)时，获取在该温度条件下试块中超声波的传播速度，具体方法可以包括：其一是测取试块的厚度，并测取发出超声波和接收到反射的超声波之间的时间差，根据试块厚度和时间差计算试块的传输速度；其二是调整超声波的传输速度，并测取发出超声波和接收到反射超声波之间的时间差，从而根据传输速度和时间差确定试块厚度，若测得的试块厚度和实际试块厚度相同，则确定对应的超声波传输速度为试块的实际传输速度。在得到了试块的超声波传输速度后，即可通过超声波传感器和测得到的超声波速度对高温设备进行检测，如测取发出超声波与接收到反射超声波之间的时间差，通过时间差和超声波声速确定高温设备的厚度。

需要说明的是，若试块和目标对象为同种或类似材料，则可直接将测得的超声波传输速度作为目标对象的传输速度，若试块和目标对象不为同种或类似材料，则还需要根据两种材料之间的关系对测得的传输速度进行转换，得到目标对象的实际超声波输出速度，上述预设温度范围可以为300摄氏度至750摄氏度。

可选地，上述的安装座整体外观呈圆柱状，可以由不锈钢材料制成，安装座为中空的柱状体，安装腔可以设置沿安装座轴向方向的导向槽，电磁超声传感器的通过导向肋安装在安装腔的导向槽内，以使电磁超声传感器能沿导向槽滑动，导向槽的具体数量可以根据导向肋的数量确定，如有3根导向肋，则需要3个导向槽。安装座包括壳体、外壳上端盖、外壳上段、外壳下段、外壳下端盖，壳体上端内部设有与外壳上端盖的外螺纹配合的内螺纹。

在上述实施例中，为了对试块和检测对象的温度进行实时准确的监控，本申请的用于超声高温检测声速校准的设备还可以包括温度监测装置，温度监测装置用于分别监测试块和检测对象的温度。下面结合图2详述本发明的实施例：

如图2所示，温度监测装置包括第一热电偶41和第二热电偶42，第一热电偶与第二热电偶均安装在安装座上，第一热电偶的检测端与试块接触，第二热电偶的检测端与检测对象接触，第一热电偶的信号输出端和第二热电偶的信号输出端均与显示装置连接。热电偶可以为K型铠装热电偶，可以在外壳上端盖开设两个安装孔，用以分别安装上述两个热电偶，通过外壳上端盖的安装孔，热电偶可直达外壳内部对应安装孔中，第一热电偶伸入至试块上表面，监测试块的温度，第二热电偶贯穿至外壳下端盖底部，监测待检材料的温度。

通过上述实施例，可以直接用被测材料当热源，进行加热，使电磁超声高温检测的校准过程的操作更加方便快捷，在校准时，温差监测装置监测试块温度和被检材料温度，待两温度一致后再进行声速校准，保证了校准的可靠性，同时，将对比试块和电磁超声传感器封装为一体，便于携带。

可选地，为了便于操作员操作，需要及时的显示对比试块和检测对象的温度，因此，用于超声高温检测声速校准的设备还可以包括显示装置，显示装置与温度监测装置连接，显示装置用于显示试块和检测对象的温度，或显示试块与检测对象的温差。

在一个可选的实施例中，如图2所示，用于超声高温检测声速校准的设备还可以包括导热片51、保温套52以及隔热片53，保温套套设在试块20上，安装座10的第一端具有安装孔，导热片安装在安装孔内，导热片的第一侧与试块的第一端接触，导热片的第二侧与检测对象接触，隔热片的第一侧与试块的第二端接触，隔热片的第二侧朝向电磁超声传感器30，其中，试块通过导热片与检测对象进行热传递。

上述的导热片(即传热层)，由高导热材料制成，如氧化铝陶瓷等，传热层由大小两轴段组成，大的一端(即大轴段)安装在保温套内并位于试块底部，小的一端(即小轴段)安装于下端盖的安装孔中，传热层的大小可根据实际情况确定，如大轴段直径为55mm，高为1mm，小轴段直径为51mm，高为2.5mm。

需要说明的是，可以在外壳下端盖的圆周方向上开设4个直径为1.6mm的沉头螺钉孔，用于固定外壳下端盖。

上述的保温套由保温隔热材料制成，如氧化锆陶瓷等，保温套为中空的圆柱体，由套壁和用于安装定位的凸缘组成，安装腔的内壁上设有用于安装隔热片和保温套的阶梯孔，保温套通过凸缘安装在阶梯孔上，保温套的凸缘位于外壳下端盖和外壳下段之间，下端盖、保温套凸缘和壳体下段均设有连接孔，螺钉可分别穿过三部分的连接孔将三部分连接为一个整体，以起到固定作用，保温套和保温套凸缘的大小可根据实际情况确定，如保温套的内径为55mm、外径为59mm、高度为3mm，凸缘外径为67mm、内径为55mm、厚度为3mm，上述的连接孔可以为直径为1.7mm的螺纹间隙孔。

上述的隔热片的一端设有用于安装的凸缘，隔热片包括隔热底和连接凸缘的侧壁，隔热片安装于保温套上部，隔热片通过凸缘安装在安装腔内壁的阶梯孔上。隔热片的各个组成部分的具体参数可以根据需要确定，如凸缘外径为59mm、内径为33mm、厚度为1mm，隔热底直径为35mm、厚度为1mm。

通过上述实施例，可以直接用被测材料当热源，进行加热，使电磁超声高温检测的校准过程的操作更加方便快捷，在校准过程中，通过由高导热材料制成的传热层进行传热来加热试块，能够有效避免试块与被检工件设备直接接触，避免试块被磨损，在内置试块周围设置保温隔热层，能够保证试块被快速加热，同时有效阻止热量快速传递到传感器后端，提高了传感器检测时的操作安全性。

在另一个可选的实施例中，用于超声高温检测声速校准的设备还可以包括操作装置，操作装置与电磁超声传感器连接，操作装置用于推动电磁超声传感器沿安装座的轴向方向移动。

具体的，如图2所示，操作装置包括保护套筒61、操作杆62、弹簧63以及限位部64，限位部设置在操作杆上，保护套筒的第一端固定连接在安装座的第二端上，弹簧套设在操作杆上，且弹簧的第一端与安装座相抵，弹簧的第二端与限位部相抵，安装座的第二端开设有与安装腔连通的通孔，操作杆可滑动地依次穿过保护套筒和通孔，操作杆的第一端与电磁超声传感器固定连接。

上述的保护套筒由不锈钢材料制成，为中空的柱状直管，其具体参数可根据需要确定，如外径为44mm、内径为40mm、长为300mm。

上述的弹簧由不锈钢材料制成，其具体参数可根据需要确定，如自由高度为60mm，簧丝直径为3mm，有效圈数8圈，支撑圈数2圈，弹簧中径31.5mm。

可选地，限位部可以为卡环，卡环用于防止弹簧从操作杆上脱离。

通过上述实施例，将对比试块内置于传感器内部，方便携带，在内置试块周围和上端设置保温隔热层，能保证试块被迅速加热，校准传感器采用推拉式结构，在试块达到指定温度后，推动电磁超声传感器接近试块，进行声速校准，校准完成后再将电磁超声传感器拉动远离试块，这样能够保护电磁超声传感器不被高温损坏，同时使电磁超声高温检测校准过程操作更简便、声速校准更准确。

可选地，为了防止在操作时烫伤操作人员，可以在保护套筒的第二端和操作杆的第二端设置橡胶壳。如图3示出的保护套筒61的橡胶壳611，操作杆62的橡胶壳621。

在相关技术中，采用调整声速的方法来测量高温试块，但在测量中均忽略了材料的热膨胀影响，假设高温试块的厚度不发生变化来校准声速，这种方式确定的声速和实际声速存在一定误差，影响超声检测的精度，为了解决该问题，本申请的用于超声高温检测声速校准的设备还可以包括位移检测器，位移检测器设置在安装腔内，并与显示装置连接，位移检测器用于检测试块在沿安装座的轴向方向上的长度(即试块的厚度)。这样，操作人员即可实时观测到试块厚度的变化，并根据其实际厚度来确定试块的超声波传播声速。

可选地，电磁超声传感器包括电磁超声纵波传感器和电磁超声横波传感器中的之一。

如，在电磁超声传感器为电磁超声横波传感器时，传感器包括封装壳壳体、封装壳上端盖、阻热片、磁铁、高频线圈、电磁屏蔽层、磁铁线圈安装座、信号接头、信号接头安装座，其中，阻热片设置在封装壳底部。

具体地，封装壳壳体为中空的柱状体，由不锈钢材料制成，内径为36mm、外径为40mm、整体高度为46mm，封装壳壳体外周设有均匀分布的3个沿轴向的导向肋，肋高11.5mm，厚4mm，长20mm，壳体底部设有轴向阶梯通孔，自下向上分别为第一、第二段孔，其中第一段孔孔径为29mm、高为1mm，第二段孔孔径为32mm、高为1mm，壳体上端设有M38的外螺纹，用于连接封装壳上端盖。

阻热片由耐高温隔热材料氧化锆制成，其上设有定位安装用的凸缘，阻热片整体高度为2mm，阻热底直径为29mm、厚度为1mm，凸缘内径为27mm、外径为32mm、厚为1mm，阻热片位于封装壳体底部的第一段孔和第二段孔中。

磁铁由钕铁硼材料制成，为圆柱形，直径为30mm、整体高为40mm，其一端套设有一电磁屏蔽层，电磁屏蔽层由导体材料制成。

高频线圈包括线圈、引线、接头，由耐高温的柔性PCB材料制成，线圈为圆环状，直径为24mm。

磁铁线圈安装座呈阶梯轴状，分为大小两轴段，大轴段直径为35mm、高为3mm，小轴段直径为27mm、高为1mm。大轴段的一端开设有安装磁铁的孔，孔径为30mm、深2mm。小轴段的一端开设有安装高频线圈的孔，孔径为24mm、深为0.3mm。磁铁线圈安装座小轴段位于阻热片中，大轴段位于封装壳体内。

信号接头安装座由聚酰亚胺制成，整体为圆柱状，直径为34mm、高为8mm。一端设有用于安装磁铁的孔，孔径为30mm、深为2mm。其上设有用于安装信号接头的多个孔位。信号接头可采用LEMO EZG型0B系列直式插头或其他型号的接头。

封装壳上端盖由不锈钢材料制成，整体呈阶梯轴状，大轴段直径为40mm、高度为15mm，小轴段直径为21mm、高度为12.5mm。其内部设有连通的阶梯孔，自下而上，依次为第一段孔、第二段孔、第三段孔。第一段孔孔径为36mm、深度为13mm，第二段孔孔径为15mm、深度为8mm，第三段孔孔径为9.5mm、深度为6.5mm。信号接头安装座位于第一段孔中，信号接头16位于第二段孔、第三段孔中。在第一段孔内还设有M38的内螺纹，用于连接封装壳壳体。小轴段外周设有M20的外螺纹，用于连接操纵杆12。

本发明为了实现电磁超声高温检测的声速校准更方便、快捷、准确，提供的电磁超声高温检测校准传感器将电磁超声传感器和试块设计封装在一起，形成便于携带和操作的一体式高温检测校准传感器。校准过程中，将校准传感器置于待检高温设备上，以被检材料为热源加热传感器的内置试块，可通过温差监测装置监测校准传感器内部的试块的温度，待试块温度与设备的温差小于预设值(如5摄氏度)，利用电磁超声传感器通过调整声速的方法来校准电磁超声在高温被检设备中的传播速度。在校准时，充分考虑试块在厚度方向上的总线性热膨胀量，通过查询相应温度下材料的总热膨胀量，计算试块的厚度，用计算的厚度来进行声速校准。

为了提高测试的准确度，可以在试块温度与检测对象的温度相同时，再进行检测；另外，试块可以采用与检测对象的材料相同或相近的材料，从而可以保证试块材料和被检工件(即检测对象)材料的一致性，使得测得的声速不会因为材料差异而存在误差，从而可以提高检测的准确度。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于超声高温检测声速校准的设备，其特征在于，包括安装座、试块以及电磁超声传感器，所述安装座形成有安装腔，所述试块位于所述安装腔内，所述试块与检测对象接触，且所述试块与所述检测对象之间热传递，所述电磁超声传感器设置在所述安装腔内，在所述试块与所述检测对象间的温差小于预设值时，所述电磁超声传感器检测所述试块中超声波的传播速度，其中，所述检测对象的温度值在预设温度范围内，

所述设备还包括温度监测装置，所述温度监测装置用于分别监测所述试块和所述检测对象的温度。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括显示装置，所述显示装置与所述温度监测装置连接，所述显示装置用于显示所述试块和所述检测对象的温度，或显示所述试块与所述检测对象的温差。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述温度监测装置包括第一热电偶和第二热电偶，所述第一热电偶与所述第二热电偶均安装在所述安装座上，所述第一热电偶的检测端与所述试块接触，所述第二热电偶的检测端与所述检测对象接触，所述第一热电偶的信号输出端和所述第二热电偶的信号输出端均与所述显示装置连接。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的设备，其特征在于，所述设备还包括导热片、保温套以及隔热片，所述保温套套设在所述试块上，所述安装座的第一端具有安装孔，所述导热片安装在安装孔内，所述导热片的第一侧与所述试块的第一端接触，所述导热片的第二侧与所述检测对象接触，所述隔热片的第一侧与所述试块的第二端接触，所述隔热片的第二侧朝向所述电磁超声传感器，其中，所述试块通过所述导热片与所述检测对象进行热传递。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述设备还包括操作装置，所述操作装置与所述电磁超声传感器连接，所述操作装置用于推动所述电磁超声传感器沿所述安装座的轴向方向移动。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述安装座的第二端开设有与所述安装腔连通的通孔，所述操作装置包括保护套筒、操作杆、弹簧以及限位部，所述限位部设置在所述操作杆上，所述保护套筒的第一端固定连接在所述安装座的第二端上，所述弹簧套设在所述操作杆上，且所述弹簧的第一端与所述安装座相抵，所述弹簧的第二端与所述限位部相抵，所述操作杆可滑动地依次穿过所述保护套筒和所述通孔，所述操作杆的第一端与所述电磁超声传感器固定连接。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述保护套筒的第二端和所述操作杆的第二端设置有橡胶壳。

8.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述设备还包括位移检测器，所述位移检测器设置在所述安装腔内，并与显示装置连接，所述位移检测器用于检测所述试块在沿所述安装座的轴向方向上的长度。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述电磁超声传感器包括电磁超声纵波传感器和电磁超声横波传感器中的之一，所述预设温度范围为50摄氏度至750摄氏度。