Velocità del suono e taratura sui materiali

La velocità del suono nel materiale è il parametro chiave della misura di spessore a ultrasuoni, e la sua taratura è il passo che rende la misura corretta. Uno spessimetro a ultrasuoni non misura direttamente lo spessore: misura il tempo che l’onda impiega ad attraversare il materiale e tornare, e lo converte in spessore moltiplicandolo per la velocità del suono in quel materiale. Se la velocità impostata non corrisponde a quella reale del materiale, lo spessore visualizzato è sbagliato, anche se il tempo è misurato benissimo. Per questo tarare lo strumento sulla velocità corretta è la condizione di base di ogni misura ultrasonica affidabile. Capire il legame tra tempo, velocità e spessore permette di tarare bene e di sapere quando fidarsi della misura.

Questa pagina spiega perché lo strumento converte il tempo in spessore tramite la velocità, perché ogni materiale ha la sua velocità, e come si tara e si azzera lo strumento. È una guida per il tecnico di misura di spessore.

Dal tempo allo spessore

Il funzionamento dello spessimetro a ultrasuoni si basa sul tempo di volo: l’onda parte dalla sonda, attraversa il materiale, si riflette sulla parete opposta e torna. Lo strumento misura con grande precisione questo tempo di andata e ritorno. Per trasformarlo in spessore serve conoscere la velocità del suono nel materiale: lo spessore è pari alla velocità moltiplicata per il tempo, diviso due, perché l’onda percorre due volte lo spessore. Questa velocità non è una costante universale ma una proprietà del materiale. Ecco perché la stessa misura di tempo dà spessori diversi a seconda della velocità impostata: la velocità è il fattore di conversione, e sbagliarla significa sbagliare proporzionalmente lo spessore.

Ogni materiale ha la sua velocità

La velocità del suono dipende dal materiale: è alta negli acciai e in molti metalli, più bassa nelle plastiche e nelle gomme, intermedia in altri materiali. Anche all’interno della stessa famiglia ci sono differenze, per esempio tra leghe diverse. Per questo non esiste una taratura unica valida per tutto: prima di misurare bisogna impostare la velocità corretta del materiale che si sta controllando. Ci sono due modi principali. Si può impostare un valore di velocità noto per quel materiale, se disponibile e affidabile. Oppure, in modo più sicuro, si tara su un campione dello stesso materiale di spessore noto: si misura il campione e si regola la velocità finché lo strumento mostra lo spessore giusto. La taratura su campione è la più affidabile perché tiene conto del materiale reale, non di un valore teorico.

Elemento	Ruolo nella misura
Tempo di volo	Misurato dallo strumento
Velocità del suono	Fattore di conversione, va tarato
Azzeramento	Elimina i ritardi fissi

Taratura e azzeramento

Oltre alla velocità, una buona misura richiede l’azzeramento dello strumento, che compensa i ritardi fissi introdotti dalla sonda, dal cavo e dallo strato di accoppiante, ritardi che non fanno parte dello spessore ma che si sommano al tempo misurato. L’azzeramento, spesso fatto su un blocchetto di riferimento, elimina questo contributo. Molti strumenti usano una taratura a due punti, su due spessori noti, che regola insieme velocità e azzeramento e dà la massima accuratezza sul campo di spessore di interesse. La taratura va rifatta quando cambia il materiale, quando cambia la sonda e periodicamente per sicurezza. Impostare la velocità giusta e azzerare correttamente sono i due gesti che trasformano una misura di tempo in una misura di spessore attendibile.

• Impostare sempre la velocità del suono del materiale.
• Preferire la taratura su campione di spessore noto.
• Azzerare lo strumento per compensare i ritardi fissi.
• Usare la taratura a due punti quando disponibile.
• Ripetere la taratura al cambio di materiale o sonda.

Affidabilità della misura

Una taratura sbagliata è la causa più comune di misure di spessore errate, spesso senza che l’operatore se ne accorga, perché lo strumento mostra comunque un numero apparentemente sensato. Per questo conviene verificare la taratura su un riferimento noto prima e durante il lavoro, e diffidare di valori che non tornano. Contano la scelta del valore di velocità o del campione corretto, l’azzeramento e la coerenza delle condizioni. Documentare la velocità impostata e il metodo di taratura rende le misure confrontabili e ripetibili. La velocità del suono è il cuore della misura ultrasonica: gestirla con cura è ciò che distingue una misura affidabile da un numero senza valore.

Dalla tecnologia allo strumento: cosa serve in pratica

Questo tema appartiene all’area Ultrasuoni del ramo Tecnologie e principi di misura, ed è collegato agli ultrasuoni su materiali non metallici. Per la strumentazione il riferimento è il Catalogo prodotti.

Nel catalogo la misura di spessore fa capo agli spessimetri a ultrasuoni, nella famiglia controlli non distruttivi e spessimetri di materiale. Se devi tarare uno spessimetro sul tuo materiale, il modulo di richiesta consente di ricevere un’indicazione mirata.