专利名称：有涂层材料的厚度的测量装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种超声波测量技术的应用，特别是测量涂覆有涂层的管子或其它管道的厚度，以确定管子或管道余下的使用寿命。
在各种工业装置中，管子用于将液体和气体从一处导向另一处。通常这些都是将在一定时间后使管子必须进行更换的腐蚀性流体。同时，管子经常涂覆有涂料，以防止管子外侧受环境气候影响，或防止管子外侧受空气中的其它材料影响，这些材料在与管子接触时将会与其发生反应。作为流体流动系统所需的维护的一部分工作，需要经常测量管子的厚度。若所测厚度小于某个最小值，则应更换该管。但是，对于有涂层的管子，涂层将影响测量的厚度值，从而导致厚度值产生误差。如果误差结果显示管道比实际的薄，则在其使用寿命真正结束之前就会更换该管，因而不必要地增加了维护费用。如果误差结果显示管子比实际的厚，则管子在更换前可能就会失效，不仅使设备不必要地停工，而且导致高昂的清理费用。
超声波测厚技术已为人们公知。但是，到目前为止，其还不能正确地测出当管子涂覆涂料层时的管子厚度。根据本发明，现在就可能了。
在本发明的几个目的之中，应该注意提出了用于准确测量涂覆有涂料层的管子的厚度，以确定管子是否可继续使用或是否要更换的方法和装置；提出了不需要特殊工具或设备实现这种测量的该方法和装置；提出了对管子材料和材料上使用的涂料采用行程时间(TOF)测量以确定涂料层厚度值的该方法和装置；提出了得到涂层管的厚度值并综合两个测量的厚度值以推出管子的厚度的方法和装置；提出了不论涂覆于管子的涂料是什么类型均可得到正确的管厚的方法和装置，涂层例如是油漆、环氧树脂或RTV型材料；提出了通过多层涂层并在不同涂层使用不同材料时提供这种测量的方法和装置；提出了可用于各种工业装置以快速而可靠地进行管厚测量的方法和装置。
根据本发明，通常金属管子或管道传送腐蚀性流体。定期对管厚进行超声波测量，以确定其是否需要更换。若管子涂覆有一层材料以保护管子，则采用本发明的方法和装置进行测量。行程时间(time of flight)测量用于确定超声波脉冲穿过材料的速度。脉冲速度是涂层厚度的函数。通过该管子本身涂覆的材料的脉冲速度已知。利用这一信息，可确定涂层的厚度。然后完成管子及其涂层的厚度的超声波脉冲测量。随后从总厚减去涂层厚度即可得管厚。其它目的和特征将在后面清楚地指出。
图1为在其外表面涂覆有一层材料的管道的剖面图；图2为进行测试以确定穿过管道传播的超声波脉冲的速度的管子的测试样本的剖面图；图3示出在有涂层的管子上进行的速度测试，以确定涂层的厚度；图4示出在管道上进行的厚度测量，由此将确定实际的厚度值；及图5为用于对有涂层的管子进行测厚的装置的简要表示。
各图中，相应标号表示对应的部件。
参照附图，管子或管道P用于使流体F从一处流向另一处。管道可由诸如铸铁、钢、铝的金属制成。可以是气体或液体的流体通常是在一定时间后如图1所示地在管子内表面发生侵蚀的腐蚀性流体。因此，应定期测量管厚。一系列的厚度测量沿管子长度方向间隔进行，如图1中T1-Tn所示。若任一测试位置的厚度显示管子的壁厚小于最小厚度M，则该管或该段管子必须加以更换。
再如图1所示，经常需在管子外表面涂覆涂料C的涂层L，以保护管子。但是，到目前为止，涂料(油漆、环氧树脂、RTV)使得很难进行准确的厚度测量。人们已公知，超声波在不同材料中的传播速度不同。如图2所示，探头B1紧靠由公知材料制成的管子的外表面放置。第二探头B2放置于距探头B1预定距离D处。现在，超声波脉冲从探头B1传至探头B2，这些脉冲穿过管材的外表面传播。测出每个脉冲在探头之间传播所需的时间，以得到行程时间(TOF)值。由于传播时间和传播距离已知，脉冲在该材料中传播的速度V可计算为V=D/TOF通过对制成管子的不同类型的材料进行这种测量，可以制订一表，从该表中通过参考制成管子的材料，可以找到超声波脉冲的传播速度。
参照图3，对于有涂层的管子P，进行与由相同材料制成并参照图2描述的无涂层管子相同的测试。此时，当测试进行时，新的超声波脉冲速度V′得以确定。速度V和V′之差是涂层厚度L的函数。即V′=(D+2L)/TOF′其中，TOF′是超声波脉冲在有涂层的管子的探头B1和B2之间传播所需的时间，而D+2L是总的传播距离。由于脉冲在其探头之间的传播中需穿过涂层两次，因此需用到值2L。利用该结果，涂层L的厚度可以确定下来。虽然探头如图2和3所示与管子的外表面垂直，但实际上，探头是相对管子表面倾斜的。这意味着超声波穿过涂层的实际路径略大于实际的涂层厚度，此差将在信号处理中进行处理。
图4中，探头B3和B4用于测量包括涂层厚度的管子P的总厚度H。由于测量材料厚度的超声波测量技术已为本领域所公知，此处不再进行描述。一旦确定厚度H的值，即可从该值减去涂层厚度L，以得到测量点处实际的管厚。该值与最小厚度值M相比较。若管厚小于最小厚度值，则表示管子应该被更换了。
参照图5，本发明的装置包括用于对有涂层管子进行厚度测量的仪器10。仪器10包括微处理器12，用于进行确定涂层L的厚度和管子P的实际厚度所需的计算。仪器10包括存储器模块14，其内存储超声波脉冲在制成管子P的不同材料中的传播速度值。在开始测试时，技术人员将材料类型输入模块14中，然后相应的速度值V从存储器传输至微处理器12。
在进行厚度测试的每一处位置，技术人员首先采用探头B1和B2进行速度测试，以确定涂有涂层的材料内的速度V′。测速模块16将速度值V′送至微处理器，微处理器利用两个速度值V和V′计算该处涂层的厚度L。应明白涂层的厚度L可能不是沿管P的长度均匀分布，因此需在每个测试位置进行涂层厚度的测量。
利用探头B3和B4的厚度测量也在该处进行，以确定该测试处的总管厚H。模块18将该厚度值送至微处理器12，微处理器进行厚度计算(H-L)并如标号20处所示显示结果。实际的管厚值可以在表中读得，或以数字显示，并且测试值和每个测量进行的测试位置(T1,T2等)一起存入微处理器12的存储区21内。随后存储的测试值下载至其它装置，以用于下一步的数据处理。除了上述之外，最小管厚值M也和被送至微处理器的测试的管子材料的值一起存储于存储器模块22中。当微处理器确定实际管厚H时，其将该值与最小值比较，若测量厚度小于最小值，即在标号24处进行适宜的指示。该信息可以以模拟或数字形式提供，并可以下载以用于随后的数据处理。最后，仪器10可以以例如每秒50-500次的速率在两次测量之间来回切换。对于每一组涂层和实际管厚的读数，显示校正的厚度值。为便于测试，探头B1-B4置于同一壳体内，并且其测试点重合。
这里描述的是快速、可靠而准确地测量涂覆有涂层的管子的厚度的方法和装置。不需特殊工具或设备而进行的这种测量可确定管子是否能继续使用或需要加以更换。通过利用穿过有涂层管子的超声波脉冲的行程时间(TOF)测量，除了有涂层管子的超声波测厚，可得到涂层的厚度值，并用于校正总厚度，从而得到准确的厚度读数。不论制成管子的金属类型及涂覆于管子的涂料类型如何，本发明的方法和装置都是有用的。即使管子有多层涂料并且涂层由不同材料构成，都没有关系。
包含有微处理器和适宜存储能力的仪器用于进行测试并向执行管厚测试的技术人员提供适宜读数。除了在所选测试位置进行管厚的实时显示之外，所得数据还可存储于仪器中，以备随后的测试后分析下载所用。
根据前述内容，可看出实现了本发明的各目的并得到了其它良好效果。
由于在不脱离本发明范围的前提下可对上述结构进行各种改进，所以上面的描述和附图所示均应看作是示意性而非限定性的。
权利要求
1．一种有涂层的材料厚度的测量方法，包括用超声波方法测量所述有涂层的材料上的涂层的厚度；用超声波方法测量有涂层的材料的厚度；及通过从有涂层的材料的测量厚度减去涂层的测量厚度而计算材料本身的厚度。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，用超声波方法测量所述涂层厚度包括测量通过有涂层的材料传输的超声波脉冲的速度。
3．如权利要求2所述的方法，其特征在于，测量通过无涂层材料传输的超声波脉冲的速度，并通过计算穿过无涂层材料和有涂层的材料传输的超声波脉冲的速度之差而确定所述有涂层材料的涂层的厚度。
4．如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括将所述材料的计算厚度与预定的厚度值比较，并在计算厚度小于所述预定值时进行指示。
5．一种有涂层的管子的厚度的测量方法，包括测量超声波脉冲通过制成管子的无涂层的材料传输的速度；测量超声波脉冲通过有涂层管子传输的速度；确定作为传输速度之差的函数的管子上的涂层厚度；用超声波方法测量有涂层的管子的厚度；及通过从有涂层管子的测量厚度减去涂层的测量厚度而计算管子的厚度。
6．如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括在沿有涂层管子长度方向上的多个位置测量有涂层管子的厚度，每个单独的测量包括测量该处超声波脉冲通过有涂层管子上的涂料层传输的速度；确定作为通过所述无涂层的材料传输和在该处通过所述有涂层管子传输的超声波脉冲的速度之差的函数的涂层的厚度；用超声波方法测量该处有涂层管子的厚度；及从该处有涂层管子的测量厚度减去该处涂层的测量厚度，以确定该处管子的厚度。
7．如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括将所述管子的计算厚度与预定的厚度值相比较，并在管子的测量厚度小于所述预定值时进行指示。
8．如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括提供了管子材料和穿过由每种材料制成的管子的超声波脉冲的传输速度的表，并在进行厚度测量之前查找所述表，以得到穿过所测有涂层管子的超声波脉冲的传输速度。
9．如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括在沿有涂层管子的长度方向上测量管厚的每一处位置自动计算管子上的涂层厚度。
10．如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括在测量管厚的每一处位置自动计算管厚。
11．如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括可视化地显示该处管子的厚度。
12．如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括下载测量管厚的每一处位置的管厚值，以用于随后的数据处理。
13．一种有涂层的材料的厚度测量装置，包括用超声波方法测量所述有涂层的材料上的涂层厚度的装置；用超声波方法测量有涂层的材料厚度的装置；及处理器，通过从有涂层材料的测量厚度减去涂层的测量厚度而计算材料的厚度，从而确定材料的厚度。
14．如权利要求13所述的装置，其特征在于，还包括显示计算的材料厚度的显示器。
15．如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述处理器还将计算的材料厚度与预定的最小厚度值比较，并在材料厚度小于预定值时进行指示。
16．有涂层的管子的厚度测量装置，包括发送穿过制成管子的无涂层的材料的超声波脉冲并测量所述超声波脉冲从其穿过的传输速度的装置；发送穿过有涂层的管子的超声波脉冲并测量所述超声波脉冲从其穿过的传输速度的装置；处理器，确定作为传输速度之差的函数的管子上的涂层的厚度；及用超声波方法测量有涂层管子厚度的装置，所述处理器还通过从有涂层管子的测量厚度减去涂层的测量厚度而计算出管子本身的厚度。
17．如权利要求16所述的装置，其特征在于，还包括显示计算的材料厚度的显示器。
18．如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述处理器还将计算的材料厚度与预定的最小厚度值相比较并在材料厚度小于预定值时进行指示。
19．一种有涂层管子的厚度测量仪器，包括存储超声波脉冲穿过制成进行测厚的管子的无涂层的材料的传输速度值的表的存储器，所述仪器的用户在进行测厚之前查找具体管材的速度信息；发送穿过有涂层管子的超声波脉冲并测量所述超声波脉冲从其穿过的传输速度的装置；处理器，速度信息从所述存储器送到其中，所述处理器确定管子上的涂层的厚度，该厚度作为存储的无涂层管材中的速度值和测量的有涂层管材中的速度之差的函数；用超声波方法测量有涂层管子的厚度的装置；及所述处理器通过从有涂层管子的测量厚度减去涂层的测量厚度而计算管子的厚度。
20．如权利要求19所述的仪器，其特征在于，还包括显示管厚值的显示器。
21．如权利要求20所述的仪器，其特征在于，还包括存储用该仪器测试的管子的最小厚度值的装置，特定管子的最小厚度值被提供给所述处理器，所述处理器将管子的厚度值与送至处理器的最小厚度值相比较，并在厚度值小于最小值时进行指示。
22．如权利要求21所述的仪器，其特征在于，所述处理器存储测量的厚度值，以将该值下载至其它处理装置，对测量值进行进一步的处理。
23．如权利要求22所述的仪器，其特征在于，所述处理器存储测量值和每个测量所进行的位置。
全文摘要
利用仪器进行管厚的超声波测量,以确定其是否需要更换。如果管子涂覆有保护性材料的涂层,则进行行程时间测量以确定超声波脉冲在制成管子的材料中的传输速度。进行第二次测量以确定脉冲穿过有涂层管材的速度。脉冲速度是涂层厚度的函数,通过知晓两个速度值,可确定涂层的厚度。进行了有涂层管子的超声波脉冲测厚。然后由仪器的处理器计算涂层厚度。若厚度值小于最小厚度值,则给出管子需要更换的指示。
文档编号G01B17/02GK1235270SQ9910255
公开日1999年11月17日 申请日期1999年3月2日 优先权日1998年5月12日
发明者托马斯·J·卡罗迪斯基 申请人:埃莫森电器公司