قياس سمك طبقة الطلاء الشبكي لأقطاب بطارية الليثيوم بالموجات فوق الصوتية

تقنية قياس السُمك بالموجات فوق الصوتية

1. احتياجات لإيثيومبطاريةالقطب الكهربائي قياس الطلاء الصافي

يتكون قطب بطارية الليثيوم من مُجمِّع وطلاء على السطحين A وB. يُعدُّ تجانس سُمك الطلاء معيار التحكم الأساسي في قطب بطارية الليثيوم، مما يؤثر بشكل كبير على سلامته وأدائه وتكلفته. لذلك، تُفرض متطلبات عالية على معدات الاختبار أثناء عملية إنتاج بطاريات الليثيوم.

2. طريقة نقل الأشعة السينية يقابلعملالقدرة الحدية

داتشنغ بريسيجن شركة رائدة عالميًا في توفير حلول قياس الأقطاب الكهربائية المنهجية. بفضل أكثر من عشر سنوات من البحث والتطوير، تمتلك الشركة سلسلة من أجهزة القياس عالية الدقة والثبات، مثل مقياس كثافة المساحية بالأشعة السينية/بيتا، ومقياس سمك الليزر، ومقياس سمك CDM، ومقياس كثافة المساحية المتكامل، وغيرها، والتي تتيح مراقبة مؤشرات قلب أقطاب بطاريات الليثيوم أيون عبر الإنترنت، بما في ذلك كمية الطلاء الصافي، وسمكها، وسمك منطقة التخفيف، وكثافة المساحية.

علاوة على ذلك، تُجري شركة داتشنغ للدقة تغييرات في تقنية الاختبار غير الإتلافي، وأطلقت جهاز قياس كثافة المساحة بالأشعة السينية الفائقة (Super X-Ray) القائم على كاشفات أشباه الموصلات ذات الحالة الصلبة، وجهاز قياس سمك الأشعة تحت الحمراء القائم على مبدأ امتصاص الأشعة تحت الحمراء. ويمكن قياس سمك المواد العضوية بدقة، ودقتها تفوق دقة الأجهزة المستوردة.

الشكل 1 مقياس كثافة المساحة بالأشعة السينية الفائقة

3.الموجات فوق الصوتيةtسمكmالقياسtالتكنولوجيا

داتشنغ بريسيجن ملتزمة دائمًا بالبحث والتطوير للتقنيات المبتكرة. بالإضافة إلى حلول الاختبار غير الإتلافي المذكورة أعلاه، تعمل أيضًا على تطوير تقنية قياس السُمك بالموجات فوق الصوتية. بالمقارنة مع حلول الفحص الأخرى، يتميز قياس السُمك بالموجات فوق الصوتية بالخصائص التالية.

3.1 مبدأ قياس السُمك بالموجات فوق الصوتية

يعتمد مقياس سمك الموجات فوق الصوتية على مبدأ انعكاس النبضات فوق الصوتية. عندما تمر النبضات فوق الصوتية الصادرة عن المسبار عبر الجسم المُقاس لتصل إلى أسطح المواد، تنعكس الموجة النبضية إلى المسبار. ويمكن تحديد سمك الجسم المُقاس بدقة من خلال قياس زمن انتشار الموجات فوق الصوتية.

ح=1/2*(V*t)

يمكن قياس جميع المنتجات تقريبًا المصنوعة من المعدن أو البلاستيك أو المواد المركبة أو السيراميك أو الزجاج أو الألياف الزجاجية أو المطاط بهذه الطريقة، ويمكن استخدامها على نطاق واسع في البترول والكيماويات والمعادن وبناء السفن والطيران والفضاء الجوي وغيرها من المجالات.

3.2Aالمزايامنكمقياس سمك الموجات فوق الصوتية

يعتمد الحل التقليدي على طريقة نفاذ الأشعة لقياس إجمالي كمية الطلاء، ثم حساب قيمة صافي كمية الطلاء لقطب بطارية الليثيوم باستخدام الطرح. أما مقياس سمك الموجات فوق الصوتية، فيمكنه قياس القيمة مباشرةً بفضل اختلاف مبدأ القياس.

①تتمتع الموجات فوق الصوتية بقدرة اختراق قوية بسبب طولها الموجي الأقصر، ويمكن تطبيقها على مجموعة واسعة من المواد.

② يمكن تركيز شعاع الصوت فوق الصوتي في اتجاه محدد، وينتقل في خط مستقيم عبر الوسط، مع اتجاهية جيدة.

③ ليست هناك حاجة للقلق بشأن مسألة السلامة لأنه لا يحتوي على إشعاعات.

ومع ذلك، وعلى الرغم من حقيقة أن قياس سمك الموجات فوق الصوتية له مثل هذه المزايا، مقارنة بالعديد من تقنيات قياس السمك التي جلبتها Dacheng Precision بالفعل إلى السوق، فإن تطبيق قياس سمك الموجات فوق الصوتية له بعض القيود على النحو التالي.

3.3 حدود تطبيق قياس سمك الموجات فوق الصوتية

①مُحَوِّل الموجات فوق الصوتية: يُعدّ مُحَوِّل الموجات فوق الصوتية، أي المسبار المذكور أعلاه، المكون الأساسي لأجهزة قياس الموجات فوق الصوتية، وهو قادر على إرسال واستقبال الموجات النبضية. تُحدِّد مؤشراته الأساسية، مثل تردد العمل ودقة التوقيت، دقة قياس السُمك. لا تزال مُحَوِّلات الموجات فوق الصوتية عالية الجودة الحالية تعتمد على الواردات من الخارج، نظرًا لارتفاع أسعارها.

②تجانس المادة: كما هو مذكور في المبادئ الأساسية، تنعكس الموجات فوق الصوتية على أسطح المواد. يحدث هذا الانعكاس نتيجةً للتغيرات المفاجئة في المعاوقة الصوتية، ويتحدد تجانس المعاوقة الصوتية بتجانس المادة. إذا لم تكن المادة المراد قياسها متجانسة، فستُصدر إشارة الصدى ضوضاءً عالية، مما يؤثر على نتائج القياس.

③ الخشونة: خشونة سطح الجسم المقاس ستؤدي إلى انخفاض صدى الانعكاس، أو حتى عدم القدرة على استقبال إشارة الصدى؛

④درجة الحرارة: يكمن جوهر الموجات فوق الصوتية في انتشار الاهتزازات الميكانيكية لجسيمات الوسط على شكل موجات، لا يمكن فصلها عن تفاعلها. إن المظهر العياني للحركة الحرارية لجسيمات الوسط نفسها هو درجة الحرارة، والتي تؤثر بطبيعة الحال على تفاعلها. لذا، تؤثر درجة الحرارة بشكل كبير على نتائج القياس.

بالنسبة لقياس سمك الموجات فوق الصوتية التقليدية استنادًا إلى مبدأ صدى النبضة، فإن درجة حرارة يد الأشخاص تؤثر على درجة حرارة المجس، مما يؤدي إلى انحراف نقطة الصفر للمقياس.

⑤الاستقرار: موجة الصوت هي اهتزاز ميكانيكي لجسيمات الوسط، وتنتشر على شكل موجة. وهي عرضة للتداخل الخارجي، والإشارة المجمعة غير مستقرة.

⑥ وسط الاقتران: تضعف الموجات فوق الصوتية في الهواء، بينما تنتشر بشكل جيد في السوائل والمواد الصلبة. لتحسين استقبال إشارة الصدى، عادةً ما يُضاف وسط اقتران سائل بين مسبار الموجات فوق الصوتية والجسم المُقاس، مما لا يُساعد على تطوير برامج الفحص الآلي عبر الإنترنت.

هناك عوامل أخرى، مثل عكس الطور بالموجات فوق الصوتية أو التشوه، أو انحناء أو تفتق أو انحراف سطح الجسم المقاس، والتي سوف تؤثر على نتائج القياس.

من الواضح أن قياس السُمك بالموجات فوق الصوتية يتمتع بمزايا عديدة. ومع ذلك، لا يُمكن مقارنته حاليًا بطرق قياس السُمك الأخرى نظرًا لقيوده.

3.4Uتقدم أبحاث قياس سماكة الموجات فوق الصوتيةلداتشنغPالدقة

لطالما التزمت شركة داتشنغ بريسيجن بالبحث والتطوير. وقد أحرزت تقدمًا ملحوظًا في مجال قياس السُمك بالموجات فوق الصوتية. وفيما يلي بعض نتائج البحث:

3.4.1 الظروف التجريبية

يتم تثبيت الأنود على طاولة العمل، ويتم استخدام مسبار الموجات فوق الصوتية عالية التردد الذي تم تطويره ذاتيًا لقياس النقطة الثابتة.

الشكل 2 قياس السُمك بالموجات فوق الصوتية

3.4.2 البيانات التجريبية

تُعرض البيانات التجريبية على شكل مسح ضوئي (A) ومسح ضوئي (B). في المسح الضوئي (A)، يُمثل المحور X زمن انتقال الموجات فوق الصوتية، بينما يُمثل المحور Y شدة الموجة المنعكسة. يُظهر المسح الضوئي (B) صورة ثنائية الأبعاد للملف، موازية لاتجاه انتشار سرعة الصوت وعمودية على السطح المُقاس للجسم قيد الاختبار.

من خلال المسح الضوئي A، يتضح أن سعة الموجة النبضية المرتدة عند تقاطع الجرافيت ورقائق النحاس أعلى بكثير من سعة الموجات الأخرى. يمكن تحديد سُمك طبقة الجرافيت بحساب المسار الصوتي للموجة فوق الصوتية في وسط الجرافيت.

تم اختبار إجمالي 5 مرات من البيانات في موضعين، النقطة 1 والنقطة 2، وكان المسار الصوتي للجرافيت في النقطة 1 0.0340 ميكروثانية، وكان المسار الصوتي للجرافيت في النقطة 2 0.0300 ميكروثانية، مع دقة تكرار عالية.

الشكل 3 إشارة المسح A

الشكل 4 صورة المسح B

الشكل 1 X=450، صورة مسح B للمستوى YZ

النقطة 1 X = 450 Y = 110

المسار الصوتي: 0.0340 ميكرومتر

السُمك: 0.0340 (us)*3950 (m/s)/2=67.15 (μm)

النقطة 2 س = 450 ص = 145

المسار الصوتي: 0.0300 ميكرومتر

السُمك: 0.0300(us)*3950(m/s)/2=59.25(μm)

الشكل 5 صورة اختبار النقطتين

4. Sأماريمن لإيثيومبطاريةالقطب الكهربائي تكنولوجيا قياس طلاء الشبكة

تُعدّ تقنية الاختبار بالموجات فوق الصوتية، باعتبارها إحدى أهم وسائل الاختبار غير الإتلافي، طريقةً فعّالة وشاملة لتقييم البنية الدقيقة والخواص الميكانيكية للمواد الصلبة، وكشف انقطاعاتها الدقيقة والكبيرة. وفي ظلّ الطلب المتزايد على القياس الآلي المباشر لكمية الطلاء الصافي لأقطاب بطاريات الليثيوم، لا تزال طريقة نقل الأشعة تتمتّع بميزة أكبر حاليًا نظرًا لخصائص الموجات فوق الصوتية نفسها والمشكلات التقنية التي تحتاج إلى حلّ.

ستواصل شركة Dacheng Precision، باعتبارها خبيرة في قياس الأقطاب الكهربائية، إجراء أبحاث متعمقة وتطوير تقنيات مبتكرة بما في ذلك تقنية قياس سمك الموجات فوق الصوتية، مما يساهم في تطوير وإنجازات الاختبارات غير المدمرة!