دانلود مقاله اندازه گیری وزن مخصوص ظاهری کاشی های سرامیکی سبز به وسیله روش فراصوت غیر تماسی
چکیده
این مقاله در مورد مسئله اندازه‌گیری وزن مخصوص ظاهری کاشی‌های سرامیکی سبز در طی تولید، بحث می کند. این موضوع به عنوان یک پارامتر بسیار مهم در کیفیت محصول نهایی محسوب می شود. در واقع، وزن مخصوص ظاهری تعیین کننده وجود انقباض ابعادی ساختار سرامیک در طی آتش سوزی کاشی ها بوده و متناسب با مقاومت مکانیکی نهایی است. در حال حاضر، سیستم های غیر مخرب برای اندازه‌گیری آنلاین این پارامتر در دسترس نیستند. این تحقیق یک روش خلاقانه را برای اندازه‌گیری غیر نفوذی وزن مخصوص ظاهری کاشی‌های سرامیکی سبز در حین مرحله تولید ارائه می کند. این روش از پروب های فراصوت غیر تماسی استفاده می کند. زمان حرکت امواج فراصوت در حین انتقال در کاشی اندازه‌گیری می شود. از زمان حرکت، با معلوم بودن فاصله میان پروب ها، سرعت انتشار که متناسب با وزن مخصوص ظاهری است، به دست می آید. ضریب تبدیل میان سرعت و وزن مخصوص ظاهری به وسیله یک فرآیند کالیبراسیون از طریق یک روش مرجع با عدم قطعیت معلوم بر اساس توزین هیدرواستاتیکی در یک حمام جیوه تعیین می شود. این فرآیند آزمایشگاهی به صورت گسترده در این تحقیق مورد صحت سنجی قرار گرفته و به وسیله یک مدل نظری پشتیبانی می شود. این مقاله به بیان نظریه با توجه به این روش اندازه‌گیری و تجهیزات پرداخته و به صورت دقیق در مورد تحلیل عدم قطعیت بحث می کند. در نهایت، این مقاله نتایج یک روش کاربردی آنلاین را ارائه می کند.
تحلیل عدم قطعیت
اندازه‌گیری وزن مخصوص ظاهری به وسیله روش پیشنهادی شامل سه مرحله اصلی است (هنگامی که فاصله D بین پروب ها ثابت بوده و اندازه‌گیری می شود):
مرحله 1. زمان اندازه‌گیری پرواز
مرحله 2. تخمین سرعت امواج طولی از طریق معادلات (11) و (12)
مرحله 3. همبستگی آزمایشگاهی بین سرعت و وزن مخصوص ظاهری از طریق کالیبراسیون
در هر مرحله، مؤلفه های عدم قطعیت وجود دارند که نسبت به نتایج نهایی قابل ارائه و انتشار هستند. جهت بهینه سازی فرآیند اندازه‌گیری، تعیین دقیق وزن هر منبع عدم قطعیت بر روی نتایج نهایی، ضروری است.
اندازه‌گیری زمان پرواز (مرحله 1) اساساً تحت تأثیر مسائل تکرار پذیری قرار دارد. در واقع، همان طور که نشان داده شد، اندازه‌گیری در هوا دارای تلفات انرژی مهمی در سیگنال ناشی از تفاوت های امپدانس میان محیط های انتشار است. سیگنال پروب فراصوت غیر تماسی بسیار ناپایدار و نویز دار است (SNR= 24/28 Db در این مورد)، هر چند که تجهیزات اندازه‌گیری و سیستم اکتساب جهت استفاده بهینه سازی شده اند. امکان افزایش تعداد میانگین ها جهت کاهش نویز وجود دارد اما در این حالت، این امکان با توجه به زمان موجود برای اندازه‌گیری آنلاین محدود می شود. جدول 1 نشان دهنده نتایج تخمین عدم قطعیت استاندارد به دست آمده با N=1000 اندازه‌گیری تکرار شده بر روی نمونه یکسان است. حتی در این حالت، 200 میانگین برای هر اندازه‌گیری انجام شده اند.
نتیجه گیری
در این تحقیق، یک روش کامل جهت اندازه‌گیری وزن مخصوص ظاهری کاشی‌های سبز سرامیکی در طی تولید ارائه و استفاده شده است. این روش که مبتنی بر پروب های فراصوت غیر تماسی است، به صورت غیر تهاجمی بوده و موجب تضمین فرصت جهت بررسی %100 تولید به صورت آنی می شود. علاوه براین، تکنیک پیشنهادی امکان داشتن اطلاعات بر روی توزیع فضایی وزن مخصوص ظاهری را بر روی کاشی فراهم می کند که به عنوان پارامتری مهم برای تطبیق ابعادی کاشی پس از پخت محسوب می شود.
تحلیل عدم قطعیت امکان تعیین دقت قابل حصول (حدود 0.75 قرائت) را فراهم می کند که با الزامات خاص کاربرد صنعتی سازگار است. همبستگی آزمایشگاهی میان انتشار سرعت و وزن مخصوص ظاهری در این تحقیق از طریق کالیبراسیون های آزمایشگاهی، بررسی و تایید شده است و توسط مدل تئوریک که خطی سازی را در محدوده در نظر گرفته شده توجیه می کند، پشتیبانی شده است. یک تحلیل عدم قطعیت دقیق جهت تعیین کمی اثر این روند همبستگی انجام شده است. نتایج نشان می دهند که منابع اصلی عدم قطعیت مرتبط با مسائل تکرار پذیری اندازه‌گیری در هوا و یکنواختی محدود نمونه های کالیبراسیون است. در انتها، کاربرد روش اندازه‌گیری در خط تولید بیان شده است که تعیین کننده دستیابی مراحل اولیه کار است.
توسعه هر چه بیشتر این فعالیت مرتبط با تعمیم و اجرای روش اندازه‌گیری برای دیگر بخش های صنعتی با مشکلات مشابه مانند تولید چوب و کاغذ است.
Abstract
This paper discusses the problem of the measurement of the apparent density of green ceramic tiles during production. This is a fundamental parameter for the quality of the final product. In fact, the apparent density determines the entity of the dimensional shrinkage of the ceramic body during the firing of tiles, and it is proportional to the final mechanical resistance. Currently, non-destructive systems for the on-line measurement of this parameter are not available. The work presents an innovative method for non-intrusive measurement of the apparent density of green ceramic tiles during the production stage. This method uses non-contact ultrasonic probes. The time of flight of ultrasonic waves is measured during the transmission through the tile. From the time of flight, with the distance between probes known, the propagation velocity can be achieved, which is proportional to the apparent density. The conversion factor between velocity and apparent density is determined by a calibration procedure with a reference method of known uncertainty, e.g. based on a hydrostatic weighing in a mercury bath. This experimental procedure is extensively validated in the work and supported by a theoretical model. The paper presents the theory on which this measurement method lays and the instrumental apparatus, and discusses in detail the analysis of uncertainty. In the end, the paper presents the results of an on-line application.
Uncertainty Analysis
The measurement of the apparent density with the proposed method consists of three main steps (once the distance D between the probes is fixed and measured):
Step 1. Times of flight measurement
Step 2. Estimation of the longitudinal waves velocity through equations (11) and (12)
Step 3. Experimental correlation between velocity and apparent density through calibration
In each step, there are uncertainty components that could be generated and propagated up to the final results. To optimize the measurement process, it is necessary to determine in detail the weight of each uncertainty source on the final results.
The measurement of the times of flight (Step 1) is mainly affected by repeatability problems. In fact, as previously shown, the measurement in air has important energy losses in the signal caused by the relevant differences of impedance between the propagation mediums. The non-contact ultrasound probe signal can be unstable and noisy (SNR ¼ 24 28 dB in this case), even though the measurement setup and the acquisition system are optimized for the use. It is obviously possible to increase the number of averages to reduce the noise, but in this case, this possibility is limited by the time available for the online measurement. Table 1 shows the results of standard uncertainty estimation obtained with N=1,000 repeated measurements on the same sample. Even in that case, 200 averages were carried out for each measure.
Conclusions
In this work, an original method for the measurement of the apparent density of ceramic green tiles during production has been developed and applied. The method, being based on non-contact ultrasonic probes, is completely non intrusive assuring the opportunity to check the 100% of the production in real time. Moreover, the proposed technique allows to have information on the spatial distribution of the apparent density over the tile, an important parameter for the dimensional conformity of the tile after the firing.
The uncertainty analysis allowed to determine the achievable accuracy (about ±0.75% of the reading), which is compatible with the specific requirements of the industrial application. The experimental correlation between the velocity propagation and the apparent density has been verified in the work through experimental calibrations, and it is supported by the theoretical model that justifies the linearization in the considered range. A detailed uncertainty analysis was carried out to quantify the effect of this correlation procedure. It is shown that the main uncertainty sources are linked to measurement repeatability problems in air and to the limited uniformity of the calibration samples. In the end, an application of the measurement method in production line was presented, which confirms the achievement of the initial targets of the work.
Further development of this activity will be linked to the extension and application of the measurement method to other industrial sectors with similar problems, such as the wood and paper production.
(جهت بزرگ نمایی روی عکس کلیک نمایید)
چکیده
مقدمه
تئوری
روش اندازه‌گیری و تجهیزات اندازه‌گیری
تحلیل عدم قطعیت
کاربرد در خط تولید
نتیجه گیری
منابع
Abstract
Introduction
Theory
The Measurement Method and the Experimental Apparatus
Uncertainty Analysis
Application in Production Line
Conclusions
References
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه