超声波测厚仪声速设置为什么直接影响厚度结果？材料声速设错会带来多大偏差

超声波测厚仪是通过超声波在材料内部传播的时间来计算厚度的，不同材料中超声波的传播时间不同，因此就算两块材料厚度相同，回波时间也可能不一样。超声波测厚仪需要直到材料的声速，才能够把传播时间准确换算成厚度值。

一、超声波测厚仪为什么必须设置声速？

超声波测量原理：探头发射超声波，超声波进入材料内部传播，到达材料底面后产生反射，探头接收返回的超声波，计算超声波往返传播时间，结合材料声速计算厚度。

公式：h = (v*t)/2

其中h为材料的厚度，v是超声波在这种材料内部的传播速度，t是超声波从发射到返回的往返传播时间，由于超声波在材料内部走了往返两趟，所以计算结果需要再除以2。

以超声波传播声速5920m/s的钢铁材料为例，如果超声波在材料内部往返时间是0.02毫秒=0.00002秒，那么材料厚度大约是(5920*0.00002)/2=0.0592m=59.2mm。

在某种厚度的材料中超声波传播时间大致相同情况下，声速设置越高计算出的厚度越大，反之声速设置越低，计算出的厚度越小。

二、材料声速设置错误，会造成多大的厚度偏差？

超声波测厚仪测量同一材料同一位置，理想状态下传播时间不会发生变化。将声速设置为材料实际声速时，计算出来的材料实际厚度h1 = (v1*t)/2，；材料声速设置错误时，h2 = (v2*t)/2。两者的厚度偏差h2-h1 = (v2*t)/2-(v1*t)/2 = (v2-v1)*t/2，即Δh = Δv*t/2，也就是说理论上声速设置偏差5%，厚度结果也会产生大约5%的相对偏差。

假设某种工件真实厚度200mm，实际声速5000m/s，在不同声速设置下的厚度计算结果如下：

注：以上为理论计算值，超声波测厚仪实际显示数据还会受到仪器分辨率、声速校准、探头及测量条件等因素影响。

三、实测：黄铜声速设置错误的对比实验

实验准备一个圆柱体黄铜块，用卡尺测量厚度约40mm。使用林上LS212超声波测厚仪，分别设置不同声速测量这个黄铜块，看显示的厚度变化情况。

从实测结果可以发现同样一个黄铜块，只改变材料声速设置，超声波测厚仪显示的测量结果就有非常大的变化，从21.83mm到58.99mm。声速设置得正不正确，直接关系到超声波测厚仪检测结果是否可靠。

四、林上LS212超声波测厚仪如何正确设置声速？

林上LS212超声波测厚仪有三种声速设置方式：

1、选择仪器内置声速：仪器内有19种常见材料声速可以选择，如果明确测量材料的材质，并且材料状态比较稳定的常规工件，可以直接选择仪器内置声速。

2、通过已知厚度反测声速：高精密工件检测，或对精度要求高的测量场景，如果有条件的话推荐使用已知厚度反测声速的方法。

需要准备一个和待测工件同种材质的、已经确认过它的厚度的样品，或者这个样品的形状厚度很方便用卡尺等工具测量出实际厚度。

仪器进入“已知厚度设置声速”界面，在样品上涂上适量耦合剂，把超声波探头平稳贴合样品，在屏幕上输入这个样品的厚度值，仪器就会自动计算这种材料的声速。

接下来就可以用这个声速去测量与样品相同材质的其他工件。

3、手动输入已知声速：如果已经有所测样品可靠的声速资料，或者曾经经过实验检测确认过这种样品的声速，可以直接将声速数据输入到仪器中，并用这个声速测量材料。

五、超声波测厚常见问题FAQ

1、已知厚度反测声速为什么比直接选择材料声速更可靠？

以两块钢铁材料为例，二者含碳量、铸造工艺等可能不同，声速也会有差别，使用一个通用的钢铁材料声速测量出来的结果就可能和材料实际厚度有细微偏差。

2、什么时候超声波测厚仪需要重新设置声速？

测量材料发生改变时，无论是从钢铁到塑料这种大的材料变化，或是从低碳钢到合金钢这种材料工艺或牌号的小变化，都建议重新设置声速。测量某种已知厚度的工件时，仪器显示厚度与已知参考厚度持续出现偏差，也需要重设声速。

3、除了声速还有哪些因素会影响超声波测厚结果？

工件表面粗糙、有锈蚀或附着物，探头和工件之间耦合不充分，工件测量面和背面不平行等都会影响超声波测厚仪测量结果。选择的探头类型和材料不匹配也可能影响测厚数据，例如测量小曲面材料需要用微径探头，铸铁等粗晶材料建议用粗晶探头，不能拿一个常规探头去测所有材料。