高温电磁超声测厚探头的制作方法

[0001]
本实用新型涉及电磁超声无损检测技术领域，尤其涉及一种高温电磁超声测厚探头。


背景技术：

[0002]
电磁超声是一种新发展起来的无损检测技术，与传统压电式超声检测技术相比，具有非接触、不需要耦合剂、通过改变线圈形状可以激发出多种检测波形，能够适用于多种检测场合。
[0003]
壁厚测量是承压特种设备检测中普遍采用的检测手段，对于高温压力容器，由于长期工作于比较苛刻的服役环境下，失效形式复杂，可能会出现材料锐化、蠕变开裂、蠕变疲劳断裂等失效形式。因此，加强对高温压力容器的壁厚测量对于保障其安全运行具有重要意义。
[0004]
目前，现有技术中，尚缺少能够长期工作于高温环境下的电磁超声探头。例如：能够在500℃温度下连续工作0.5小时，用于高温容器或管道壁厚的连续测量；或者，在300℃温度下长期连续工作，用于高温管道或高温容器壁厚的长期监测。
[0005]
因此，如何提供一种高温电磁超声测厚探头，能够在高温环境下长期稳定运行，并且能够发出超温报警以避免探头损坏，已成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

[0006]
本实用新型的目的在于提供一种高温电磁超声测厚探头，用于解决现有的电磁超声探头无法长期工作于高温环境中的技术问题。
[0007]
为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
[0008]
一种高温电磁超声测厚探头，包括：永磁铁，所述永磁铁的外侧设有电磁线圈，所述电磁线圈通过导线连接有超声接头，所述导线的外侧设有与所述超声接头连接的连接杆，所述连接杆的外侧设有把手，所述把手内设有控制电路板，所述控制电路板连接有插头和温度传感器，且所述插头位于所述把手的外侧，所述温度传感器位于所述把手的内部并与所述连接杆连接；
[0009]
所述连接杆通过外盖连接有外壳体，所述外壳体的内部设有内壳体及内盖，所述永磁铁和所述电磁线圈位于所述内壳体的内部，且所述内壳体及所述内盖与所述外壳体及所述外盖之间具有循环水道，所述循环水道通过水管连通有水箱，所述水箱设有水泵。
[0010]
其中，所述内盖和所述内壳体之间通过螺纹连接，且所述螺纹处涂有防水胶。
[0011]
其中，所述外盖和所述外壳体之间通过螺纹连接，且所述螺纹处涂有防水胶。
[0012]
具体地，所述内盖设有引线孔，所述引线孔用于引出所述导线，且所述引线孔涂有防水胶密封。
[0013]
具体地，所述外盖设有中心孔，所述中心孔用于引出所述导线，且所述中心孔涂有防水胶密封。
[0014]
实际应用时，所述连接杆采用不锈钢材质制成，用于降低所述温度传感器位置处的温度，且所述温度传感器采用粘贴的方式与所述连接杆固定；所述连接杆的一端通过螺纹与所述外盖连接，所述连接杆的另一端与所述超声接头焊接。
[0015]
其中，所述把手采用橡胶材料制成；所述内盖、所述外盖、所述内壳体和所述外壳体均采用不锈钢材质制成；所述电磁线圈采用漆包线制成，且所述电磁线圈与所述导线之间通过钎焊连接；所述永磁铁采用耐高温的钐钴材料制成。
[0016]
具体地，所述控制电路板包括：与所述温度传感器连接的传感器芯片，以及单片机芯片，eeprom芯片，蜂鸣器和电阻、电容辅助元件；所述控制电路板中的地信号gnd和所述单片机芯片的接口p2.0与所述插头连接，用于输出经过补偿的超声波声速；所述单片机芯片的内部存储有电磁超声探头允许使用的工作温度上限，当探头温度超出上限时，所述蜂鸣器发出报警。
[0017]
进一步地，在温控箱中对已知厚度的钢板进行加热，在保温状态下测量不同温度时横波声速值，建立声速与温度之间的函数关系，并将该关系存储到所述单片机芯片的内部，根据所述温度传感器检测到的温度值得到电磁超声探头下端部的温度值，并输出该温度下的声速值。
[0018]
再进一步地，建立声速与温度之间的函数关系：所述声速c与所述温度t的拟合关系为c=3229-1.22486
×
t。
[0019]
相对于现有技术，本实用新型所述的高温电磁超声测厚探头具有以下优势：
[0020]
本实用新型提供的高温电磁超声测厚探头中，由于内壳体及内盖与外壳体及外盖之间具有循环水道，且循环水道通过水管连通有设有水泵的水箱，因此通过外设水泵和水箱以使循环水道中流通有冷却水时，能够有效保证电磁超声测厚探头在高温环境下的长期稳定运行；并且，由于在连接杆处设置有与控制电路板连接的温度传感器，以测量超声接头部位的温度，因此在温度超过承受范围前控制电路板便能够发出超温报警，从而立刻将探头从被检测对象上移走便能够有效避免探头损坏的现象发生。
附图说明
[0021]
图1为本实用新型实施例提供的高温电磁超声测厚探头的结构示意图；
[0022]
图2为本实用新型实施例提供的高温电磁超声测厚探头的温控系统的电路图；
[0023]
图3为本实用新型实施例提供的高温电磁超声测厚探头的横波声速拟合结果图。
[0024]
附图标记：
[0025]
1-永磁铁；2-循环水道；3-内盖；4-外盖；5-内壳体；6-外壳体；7-水管；8-水泵；9-水箱；10-电磁线圈；11-连接杆；12-导线；13-把手；14-超声接头；15-插头；16-控制电路板；17-温度传感器。
具体实施方式
[0026]
为了便于理解，下面结合说明书附图，对本实用新型实施例提供的高温电磁超声测厚探头进行详细描述。
[0027]
本实用新型实施例提供一种高温电磁超声测厚探头，如图1所示，包括：永磁铁1，永磁铁1的外侧设有电磁线圈10，电磁线圈10通过导线12连接有超声接头14，导线12的外侧
设有与超声接头14连接的连接杆11，连接杆11的外侧设有把手13，把手13内设有控制电路板16，控制电路板16连接有插头15和温度传感器17，且插头15位于把手13的外侧，温度传感器17位于把手13的内部并与连接杆11连接；
[0028]
连接杆11通过外盖4连接有外壳体6，外壳体6的内部设有内壳体5及内盖3，永磁铁1和电磁线圈10位于内壳体5的内部，且内壳体5及内盖3与外壳体6及外盖4之间具有循环水道2，循环水道2通过水管7连通有水箱9，水箱9设有水泵8。
[0029]
相对于现有技术，本实用新型实施例所述的高温电磁超声测厚探头具有以下优势：
[0030]
本实用新型实施例提供的高温电磁超声测厚探头中，由于内壳体5及内盖3与外壳体6及外盖4之间具有循环水道2，且循环水道2通过水管7连通有设有水泵8的水箱9，因此通过外设水泵8和水箱9以使循环水道2中流通有冷却水时，能够有效保证电磁超声测厚探头在高温环境下的长期稳定运行；并且，由于在连接杆11处设置有与控制电路板16连接的温度传感器17，以测量超声接头14部位的温度，因此在温度超过承受范围前控制电路板16便能够发出超温报警，从而立刻将探头从被检测对象上移走便能够有效避免探头损坏的现象发生。
[0031]
其中，上述内盖3和内壳体5之间可以通过螺纹连接，且该螺纹处可以涂有防水胶，从而通过防水胶起到密封的作用，进而完成装配后的内盖3及内壳体5能够与其外部的循环水道2之间完全隔离。
[0032]
其中，上述外盖4和外壳体6之间可以通过螺纹连接，且该螺纹处可以涂有防水胶，从而通过防水胶起到密封的作用，进而防止其内部的循环水道2的水从连接螺纹之间流出。
[0033]
具体地，如图1所示，上述内盖3可以设有引线孔，从而通过该引线孔能够用于引出导线12，且该引线孔可以涂有防水胶进行密封，进而有效防止循环水道2中的水由内盖3进入内壳体5。
[0034]
具体地，如图1所示，上述外盖4可以设有中心孔，从而通过该中心孔能够用于引出导线12，且该中心孔可以涂有防水胶进行密封，进而有效防止循环水道2中的水由外盖4流出外壳体6。
[0035]
实际应用时，上述连接杆11可以优选为采用不锈钢材质制成，从而能够用于有效降低温度传感器17位置处的温度，且该温度传感器17可以采用粘贴的方式与连接杆11固定。
[0036]
可选地，根据检测对象的温度范围选用不同长度的连接杆11。具体地，被检测对象的温度可能达到500℃，在如此高的温度下温度传感器17无法工作，而通过使用（不锈钢材质的）连接杆11能够有效降低温度传感器17位置处的温度。
[0037]
并且，在整个探头系统稳定工作后，温度传感器17所在位置的温度与超声接头14下端的实际温度达到平衡，并且采用标定的方法可以预先确定两者之间的关系，这样测量出温度传感器17所在的温度后即可获得超声接头14最下端的温度值，实现对探头的温度控制。
[0038]
实际装配时，上述连接杆11的一端可以通过螺纹与外盖4连接，另一端可以与超声接头14焊接。
[0039]
其中，上述把手13可以采用橡胶材料制成；上述内盖3、外盖4、内壳体5和外壳体6
均可以采用不锈钢材质制成；上述电磁线圈10可以采用漆包线制成，且该电磁线圈10与导线12之间可以通过钎焊连接；上述永磁铁1可以采用耐高温的钐钴材料制成。
[0040]
具体地，如图2所示，上述控制电路板16可以包括：与温度传感器17连接的（adt7422）传感器芯片，以及（stc12le5a60s2）单片机芯片，（at24c02） eeprom芯片，蜂鸣器和电阻、电容等辅助元件。
[0041]
具体地，如图2结合图1所示，控制电路板16中的地信号gnd和（stc12le5a60s2）单片机芯片的接口p2.0可以与上述插头15连接，用于输出经过补偿的超声波声速；并且，上述（stc12le5a60s2）单片机芯片的内部可以存储有电磁超声探头允许使用的工作温度上限，当探头温度超出上限时，蜂鸣器发出报警，则应立刻将探头从被检测对象上移走。
[0042]
此处需要补充说明的是，eeprom (electrically erasable programmable read only memory)是指带电可擦可编程只读存储器；是一种掉电后数据不丢失的存储芯片。 eeprom 可以在电脑上或专用设备上擦除已有信息，重新编程；并且，一般用在即插即用。
[0043]
进一步地，在温控箱中对已知厚度的钢板进行加热，在保温状态下测量不同温度时横波声速值，建立声速与温度之间的函数关系，并将该关系存储到（stc12le5a60s2）单片机芯片的内部，根据温度传感器17检测到的温度值得到电磁超声探头下端部的温度值，并输出该温度下的声速值。
[0044]
再进一步地，建立声速与温度之间的函数关系为：声速c与温度t的拟合关系c=3229-1.22486
×
t，如图3所示。
[0045]
由此分析可知，本实用新型实施例提供的高温电磁超声测厚探头，带有高温状态下声速补偿功能，能够根据被检测对象温度的变化对横波声速进行修正，从而有效提高厚度测量精度；并且，在单片机控制系统内部预先保存有不同温度条件下声速的拟合结果，能够根据探头温度输出相应的横波声速，从而进一步提高厚度测量结果的准确性。
[0046]
本实用新型实施例提供的高温电磁超声测厚探头的工作流程可以如下：
[0047]
一、高温电磁超声测厚探头与电磁超声测厚仪主机连接：
[0048]
超声接头14与主机的发射和接收电路相连接，且该超声接头14的内部与导线12通过钎焊连接在一起，导线12与电磁线圈10通过钎焊连接在一起；电磁超声测厚仪主机的发射电路将高压发射信号加载到电磁线圈10上产生超声波发射信号，接收电路接收并放大电磁线圈10的反射信号；电磁超声测厚仪的控制系统计算出发射信号和反射信号之间的时间间隔，在被检测材料声速已知的情况下计算出材料厚度；插头15与电磁超声测厚仪主机的控制电路电路相连接，插头15通过导线与控制电路板16和温度传感器17相连接；
[0049]
二、探头校准：
[0050]
使用温控箱内对50mm厚碳钢标准试块进行加热和保温，启动水泵8对探头系统进行降温冷却，控温箱将碳钢标准试块从20℃逐步加热到450℃，在不同的温度值时分别保温，利用控制电路板16读取温度传感器17的温度值，发送到电磁超声测厚仪主机上显示出温度值，同时电磁超声测厚仪主机会测量出该温度时50mm工件的测量厚度值；由于连接杆11的降温隔离作用，温度传感器17测量出的温度值和被检测工件的温度值存在温度差，但两者存在线性函数关系，将该关系式存储到控制电路板16内部，经过补偿处理后控制电路板16输出的温度值代表被检测工件的温度值；记录不同温度值条件下电磁超声测厚仪主机测得的50mm厚碳钢标准试块厚度值d，由于超声横波的声速值随着被检测试样温度的升高
而下降，该厚度值d不断减小，已知15℃时横波声速为3230m/s，d/50=c/3230，可以计算出不同温度下横波的声速值，即图3中的圆形数据点；不同温度横波声速值与温度值存在线性函数关系，利用数据拟合的方法得到两种之间的关系是c=3229-1.22486
×
t，将该关系存储到控制电路板16内部；最终，当温度传感器17测量出连接杆11末端的温度值时，可以得到被检测试样的温度t，最终得到被检测试样的在温度t是的声速c，输出到电磁超声测厚仪主机；
[0051]
三、开始检测：
[0052]
完成高温电磁超声测厚探头与电磁超声测厚仪主机连接，启动水泵8使水箱9和循环水道2内部的冷却水开始流动，将超声接头14靠近被检测材料，控制电路板16将被检测材料的温度和经过补偿的横波声速输出到电磁超声测厚仪主机，进行厚度检测；长期工作时，当超声接头14下底面温度超过允许使用的温度上限时，控制电路板16中的蜂鸣器发出报警，此时需停止探头使用，待探头冷却系统充分降温后继续工作。
[0053]
综上所述，本实用新型实施例提供的高温电磁超声测厚探头，主要具有以下几点优势：
[0054]
一、通过外设水泵和水箱以使循环水道中流通有冷却水时，能够有效保证电磁超声探头在高温环境下的长期稳定运行；
[0055]
二、在温度超过承受范围前控制电路板便能够发出超温报警，有效避免探头损坏的现象发生；
[0056]
三、带有高温状态下声速补偿功能，能够根据被检测对象温度的变化对横波声速进行修正，有效提高厚度测量精度；
[0057]
四、内部预先保存有不同温度条件下声速的拟合结果，能够根据探头温度输出相应的横波声速，进一步提高厚度测量结果的准确性。
[0058]
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。