一、介绍
在标准条件下，超声波检测是*合适和*简单的壁厚测量方法，但当涉及到高温度(300-800摄氏度) 的物体时，应用起来就很复杂，这在化学工业，发电厂，冶金厂和类似的地方很常见。在这种情况下出现的常见问题是缺少或非常昂贵的超声检测所需的耦合器，并需要对换能器进行特殊保护，以防止物体表面的高温冲击，热空气和热物体的热辐射，工作条件对操作人员来说不舒适甚至危险。超声波激励和接收的电磁超声方式被证明是在这些困难条件下*适用的方法，因为它不需要任何耦合剂即可在换能器和高温物体之间实现良好的声学接触表面。
A1270 EMAT高温电磁超声波测厚仪
EMAT电磁超声传感器的结构比传统压电传感器简单，因为它包含较少的零件和材料容易因高温而损坏。但EMAT电磁超声传感器对于这种应用的主要优点是它可以在不与高温被测物体直接机械接触的情况下工作，因此在测试过程中可以通过低导热率的耐热材料制成的保护膜来保护它免受热冲击 。
EMAT电磁超声传感器的标准结构不是专门为测试高温物体而准备的，但它具有足够的耐热性。当传感器的接触面和外壳使用特殊材料时，耐温性可以显着提高。提高耐热特性的另一种方法是在换能器的接触面和测试对象之间使用额外的屏蔽层（如玻璃纤维布）。
EMAT电磁超声传感器结构中*容易受到热影响的部件是感应线圈及其免受机械损坏的保护。内置电磁屏蔽的保护器厚度仅为0.3-0.4毫米，由氧化铝陶瓷基体和环氧粘合剂的复合材料制成。在不影响其特性的情况下，在相当长的时间内可以施加的*高温度不高于120℃（常温部件）。当温度高于150℃时，保护器就会被损坏。保护器可在短时间内（几秒钟）加热至150℃并保持其特性。由于保护器具有低导热性，因此它还可以保护位于薄膜印刷电路板上的电感器。因此在一定的测试模式下，即使没有热保护EMAT电磁超声传感器也可以用于测试热物体。
二、实验结果
为了评估无特殊热保护的批量生产的电磁换能器测试的表面温度极限，也为了确定可能和允许的测试方案，进行了试验和实验。研究方法是测量放置在加热到一定温度的金属表面上的EMA传感器的保护器温度达到保护器材料的*大允许值的时间间隔。此外，还测量了保护器冷却到一定温度的时间间隔，以估计两次测量之间所需的停顿时间。
测试对象为内置热传感器的8mm厚铝板，将铝板加热到设定温度，并由温度调节器保持该温度。图1为不加热保护的EMAT电磁超声传感器电感区保护器温度随换能器与铝板表面热接触加热至300℃时的变化关系。
图 1. 不加热时EMAT电磁超声传感器的电感器温度相关性
在被测物温度为300℃时，操作者有5-7秒的时间进行一次测量，该时间足以在电子单元的显示屏上获取厚度读数并将该读数保存到设备的存储器中。第 8 秒，电感器的温度（以及保护器的温度）达到 150℃的临界值。在该温度下，保护器的材料尚未损坏，但在更高的温度下，保护器材料的特性将被破坏。
图 2. 电感器温度 (1) 和保护器框架温度 (2) 与接触 300 ℃ 高温测试物体后冷却时间的关系
图 2 显示了感应器区域和无热保护的EMAT电磁超声传感器保护器附近的外壳区域的温度与将换能器从加热到300℃的板上取下所经过的时间之间的关系。换能器感应器在离板瞬间的温度为150℃。
在接触测试对象后，需要间隔几分钟对换能器进行冷却。在将换能器从热表面取出后1.5分钟内，其温度接近60℃。从图1上的图形可以清楚地看出，在将传感器放置在热表面上后，电感器已经在1秒内达到了这个温度。
这就是为什么如果在电感器的温度约为 60℃时开始测量，那么EMAT电磁超声传感器与测试对象之间的可接受接触间隔将等于4-6秒。在此基础上，对于温度为300℃的物体，推荐的测试建议如下:测量5秒，冷却传感器的*小暂停时间为2分钟，在此基础上增加了半分钟的额外时间。
在温度为500℃的测试对象上进行的实验表明，电感器在2.6秒内加热到130℃左右的温度。由于快速加热和热敏器的持久性，可以得出结论，外表面温度在2.6秒内就已经达到临界值，甚至超过了临界值。由于几次试验，保护器部分损坏，尽管电感器没有加热到临界150℃。2秒的时间不足以进行一次测量，这意味着在表面温度为500℃的物体上，如果没有特殊的隔热保护，就不可能使用批量生产的EMAT传感器。
为了评估 EMA 传感器在 500℃表面（具有 0.2 mm 厚玻璃纤维材料的隔热保护）上进行壁厚测量的适用性，进行了加热和冷却动力学实验。玻璃纤维的导热系数低，加热到1000℃的温度下也不会失去其特性，并且呈银白色，因此它可以起到隔热体的作用，并且可以有效屏蔽测试物体受热表面的热辐射。感应器加热动态图（图 3）显示，在这种情况下，操作员大约有 8 秒的时间进行一次测量，此后应冷却传感器。
图3 所示，在带有玻璃纤维热保护的EMA换能器中，当与测试物体表面接触时感应器温度的依赖性可达500℃
与 图 2 (1曲线)上的传感器相比，具有玻璃纤维保护的EMA传感器的冷却时间更短。在显示电感温度/时间依赖性的曲线上，与图2类似，所有温度点(除了初始点)都比图2中曲线1的y坐标点高15-17度。例如，将传感器从500℃热铝板上取下1分钟后，感应器的温度从150℃降至81℃，然后在2分钟内降至74℃，在4分钟内降至60℃。这证实了使用一层0.2毫米厚的玻璃纤维的*简单的热保护，可以测试加热到500℃的物体。此时测试模式如下:测量5秒，暂停5分钟冷却(增加1分钟安全)。
当测试温度为300℃的物体时，与使用无保护的EMAT传感器相比，使用玻璃纤维保护可以减少测量之间的时间间隔。在传感器与300℃测试对象接触5秒时，测量之间的*小停顿可为1分钟。
当使用两层0.2 mm厚的玻璃纤维(保护总厚度为0.4 mm)时，可测试温度高达700℃的物体。此时测试模式应如下: 4秒测量，5分钟*小测量间隔。
手动测试热物体对操作人员来说是不安全的，为了保护操作人员的手免受物体热表面的热辐射，测试时应戴专用手套。但是，当手靠近加热到500-700℃的金属物体时，衣服会被烧伤，这就是为什么即使戴着手套也不能拿在手里。
三、用于热物体测试应用的EMA传感器的构造
为了避免操作员受伤，开发了一个简单的手柄，允许操作员将手放在距热物体一定距离的测试表面上。手柄（图 4）长约 500 毫米，一侧连接有 EMA 传感器，传感器的电缆放置在手柄内。 玻璃纤维保护层（一层或两层，具体取决于测试对象的温度）用夹子固定在EMA传感器上，因此玻璃纤维可以轻松拆卸和更换
图 4. 左 - 高温组件； 右 - 手柄上带有玻璃纤维热保护装置
四、结论
根据我们的研究和试验结果，我们可以得出以下结论：
(1) 通用型EMA传感器，不带热保护装置，可用于测量加热至300℃的物体，在 300℃的温度下，应用以下测试模式：5 秒–与热表面接触，暂停 2 分钟进行冷却。
(2) 作为 EMA 传感器的热保护，可以使用厚度达 0.5 mm 的玻璃纤维。
(3) 使用 0.2 毫米厚的玻璃纤维保护，可以对温度高达 500℃的物体进行测试，此时应采用以下测试模式：
- 对于温度为 300℃的物体：与物体接触 5 秒，1分钟 - 暂停 ;
- 对于温度为 500℃的物体：与物体接触 5 秒，5 分钟– 暂停 ;
- 对于温度为 高于500℃的物体：与物体接触 5 秒，5-10分钟– 暂停 ;
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