安装在钢质管道上的超声波传感器对工作温度高达600℃的炙热管道进行工况监控

超声波传感器对流程工业设备和过程进行连续监控——大型流程工业设备和火力发电厂设备的维修需要占用大量的时间，而且价格昂贵。最新研发成功的高温超声波检测传感器能够精确地检测出600℃高温管道和容器的微小损伤，从而减少维修时间和降低维修成本。

在许多工业领域中，功能性和安全性流程设备结构件的微小损伤会带来很大的经济损失。为了及时发现缺陷、减少不必要的流程设备停机时间，以及避免发生事故，一般情况下都需要支付很高的维护保养费用。借助于创新性的技术解决方案可以延长流程设备的使用寿命，明显地降低维护保养成本和费用。维尔茨堡市弗劳恩霍夫研究所（ISC）最新研发成功的传感器解决方案可以替代基于对耐磨性零部件使用寿命周期的僵硬的维护管理方式，它根据设备状态进行维护管理。CMS状态监控系统可以对设备零部件的功能周期性或者连续不断地对现场传感器进行监控。

超声探伤技术非常适合于发现玻璃纤维或者碳纤维复合材料结构件以及钢质结构件微小的结构损伤。传感器的核心部件是一个压电材料的超声转换器，即把机械变型转换为电信号或者把电压脉冲转换为运动的转换器。这种转换器已经在实际生产中得到了应用，例如海上风力发电机转子叶片的结构监控。

这一检测原理也可以移植到高温环境中零部件的监控和检测。为此，ISC究所的研发人员专门研发了适合于在高温环境下进行精确监控用的压电晶体材料。利用这种新型材料生产制造的超声波传感器可以在温度高达600℃的化工设备、火力发电设备的管道中进行监控。

由智能材料研发中心Cesma的科研人员和工业企业合作伙伴共同研发的温度超声波转换器适合于在很大热膨胀环境中使用，例如工作温度从室温起动并达到600℃的高温或者从这一高温停止下来的工况中使用。为使这一转换器能够钝化并在今后的使用中固定在检测点上，ISC研究所的专家开发了一种特殊的玻璃基体和应用方法。超声转换器被融入专用玻璃基体中，引出的导线为不锈钢电缆。利用便携式加热器对玻璃基体进行加热使超声波转换器嵌入玻璃基体之中。利用这种方法可以使超声转换器很好地贴附在管道的弧形表面上。

生产过程中的连续监控

经转换器，传感器向结构件发射频率范围为30~500kHz的超声兰姆波。传感器所发出的均匀的超声波标准波形会被接收器所接收。当超声波探测区域内出现了微小的裂纹或者损伤时，均匀的波形就会发生变化。一般情况下，信号分析系统能够分析出直径为2mm的裂纹或者腐蚀斑点。

利用这一转换器也可以把特定声波的声学分析技术也集成到这一超声波检测传感器中，从而可以发现更小的裂纹和裂纹扩展情况（例如直径为0.1mm的裂纹）。转换器的超声场大约可达1m，因此只需几个传感器就可以在设备管道的关键部位构成一个传感器监控网。由于传感器是按一定顺序排列布置的，因此可以根据检测声波运行时间分析出缺陷的位置，能够达到毫米级的精度。

专用的超声波转换器不仅可以对工作中的化工设备、火力发电设备管道、容器进行检测，对其他流程工业设备的结构件进行连续性的监控，而且可以完成其他检测值的数据采集。例如完成零部件的震动检测或者在流程工艺设备中采集压力数据。

访弗劳恩霍夫研究所（ISC）研究员Bernhard Brunner博士

万能型的监控传感器

？Brunner博士，超声波传感器最适合于在哪些检测中使用？

Bernhard Brunner：这种传感器的转换器适合于在所有常规传感器应用受限的情况下使用。这里的受限指的是温度范围超过300℃到最高的监控温度900℃。这种工况是流程工业、火力发电和钢铁生产领域中设备管道、锅炉或者高炉经常遇到的工况。超声波检测技术的优点就在于不仅能够在连续生产的条件下在厘米级的范围内确定出错误以及损伤的位置，而且还可以对缺陷的类型和发展进行跟踪。

？采用这一检测技术的投资回收期多长？

Bernhard Brunner：一般情况下，每几年流程设备的运营商就要停机检修一次。检修过程中就要利用涡流探伤或者超声波探伤技术对间隔1?m的管道损伤进行探测。利用连续性监控的超声波检测方法可以在流程设备正常生产的过程中及时发现问题，并及时维护保养。这就缩短了流程设备运营商的停机检修时间，减少了人员费用和与此有关的费用。根据具体设备情况，这种超声波检测技术的投资肯定能够在几年内收回来。

？这种超声波传感器的转换器还能探测哪些参数？

Bernhard Brunner：在流程工艺过程中，这种超声波传感器匹配不同的检测电极、检测软件，还可以同时完成许多种不同流程工艺过程参数的采集。它不仅可以采集震动数据，而且也可以采集含氧量、一氧化碳含量以及压力和温度数据。