游标卡尺、千分尺等测厚工具一般需要同时接触材料两侧检测厚度，这种方式难以检测管道、储罐、压力容器等背面无法接触到的封闭容器或大型设备。超声波测厚仪不需要接触材料背面，只需要将探头按压在材料表面就能测量材料厚度，成为现代工业常见的检测设备之一。

一、为什么超声波测厚仪只接触一面就能测厚？

超声波是一种频率高于人耳听觉范围的机械波，需要通过介质传播，遇到不同声学特性的介质界面时会产生反射，例如材料背面和空气形成的界面就能产生明显反射。

脉冲回波原理：探头发射一个超声波脉冲，通过耦合剂排除探头和工件之间的空气，让声波顺利进入材料内部到达材料底面，遇到底面与空气的界面后部分声波会反射回来，探头接收反射信号形成底面回波。超声波测厚仪探头只需要接触材料一侧，通过另一侧声波反射回来的时间，结合材料声速就能计算出厚度。

厚度计算公式：材料厚度=（超声波在材料内部的传播速度*超声波往返传播时间）/2

注意速度和时间乘积结果需要除以2，因为超声波从探头出发穿过材料厚度到达底面，反射后再穿过材料返回探头，实际传播距离是材料厚度的两倍。

超声波测厚原理测量示意

超声波传播和回波计时一般处于微秒级，仪器需要专业的计时和信号处理芯片识别回波。实际检测中探头往往还需要做零点修正，因为探头本身存在声程，耦合层以及探头延迟也会影响计时，需要通过基准调校补偿固定延迟。

二、为什么不同材料需要设置不同的超声波声速？

不同品牌型号的仪器校准声速的方式可能有所不同。以林上LS211超声波测厚仪为例有三种声速设置方式：根据已知材料选择仪器内置的相应的声速、采用已知厚度的同类材料反测声速、手动输入经过验证的材料声速。

超声波在不同材料内部传播的速度不同，例如超声波在钢/铁中的传播速度约5920m/s，在聚氯乙烯塑料中的传播速度约2388m/s。假如用超声波探头检测一个钢铁工件，声波传播时间大约2微秒，不过是仪器中材料声速误设成聚氯乙烯塑料，因为本身测量的是钢铁，传播时间依然是2微秒。根据公式：厚度=（材料声速*传播时间）/2，聚氯乙烯塑料的声速要比钢铁小大量，那最终计算出来的厚度也会小较为多。

如果有条件的话一般更推荐采用已知厚度的同类材料反测声速，因为哪怕同样是钢铁材料，含碳量和铸造方式等不同。声速可能也会有细微差别全都使用一个统一的钢铁声速5920m/s在对精度要求不高的常规工业场景没有问题不过是在精密工件测量中就会有偏差。

三、实验：林上超声波测厚仪单面检测不同材料

此次实验使用林上LS211超声波测厚仪分别检测标称厚度81mm的不锈钢柱体，和40mm厚的黄铜柱体。

超声波测厚原理测量示意

检测步骤：

清洁检测材料表面，去除影响探头接触的灰尘、松散锈蚀物和污渍。

在仪器内选择检测材料声速，不锈钢声速5740m/s，黄铜声速4370m/s。为验证材料声速设置的影响，本次实验将分别用这两个声速测量两种材料，看正确的声速和错误声速测出来的厚度差异。

在检测位置涂抹适量耦合剂，排除探头和工件之间的空气间隙。

将超声波探头平稳压在检测位置，数据稳定后仪器屏幕上就会显示厚度数据。

检测数据如下：

对比实验结果，选择正确材料声速时不锈钢（选择不锈钢声速5740m/s），检测5次平均厚度约80.96mm，接近材料标称厚度81mm；黄铜（选择黄铜声速4370m/s），测量5次平均厚度约39.99mm，也接近黄铜柱体标称厚度40mm。

而选择的声速错误时，用黄铜声速测不锈钢柱体，平均厚度约61.66mm，数据偏小大量；用不锈钢声速测黄铜柱体，平均厚度52.59mm，数据又偏大较为多。

从这次实验中大家能发现，超声波测厚仪可以从单侧检测材料厚度，不过是必须选择正确的声速，否则测出来的厚度数据偏差会较为大。

四、超声波测厚仪常用问题FAQ

1、为什么有时候超声波测厚仪测不出厚度？

超声波测厚仪检测没有读数一般是探头没有接收到回波，可能有以下原因：材料表面本身比较粗糙，接触不稳定；也可以耦合不充分，探头和材料之间存在空气间隙，导致进入工件的超声波能量不足，回波太弱；铸铁等粗晶材料中声波衰减严重，需要用专门的粗晶探头检测；材料检测面与背面不是平行或同轴，反射回波发生变形；工件本身不是超声波良导体，例如水泥等，无法用超声波测厚仪检测。

2、哪些材料和工件适合单面超声波测厚？

金属管道、压力容器、玻璃、塑料等超声波良导体材料，特别是背面难以接触、无法拆卸或不方便采用卡尺的位置，较为适合用超声波测厚仪从单面开展测量。

3、为什么有时候超声波测厚仪检测数据差异较为大？

如果检测数据和上回检验同一测点时数据差异太大，考虑是否设置了错误的声速。如果是测量同一根钢管不同部位有差异，可能是钢管本身厚度不均匀，也可以在部分位置发生了腐蚀，建议多点测量确认；常规探头测量小管道测量数据也容易有波动，能选择微径探头，可以更好贴合曲面和小尺寸位置。

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