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Wanddickenmessungen basieren auf Laufzeitmessungen von Longitudinalwellen im Prüfgegenstand. An jeder Stelle mit Änderung des Schallwellenwiderstands werden Ultraschallwellen mehr oder weniger stark reflektiert (siehe oben). Dies macht man sich bei der Wanddickenmessung zu Nutze. An den Oberflächen des Prüfgegenstands werden senkrecht eintreffende Wellen teilweise zurückgeworfen. Treffen diese reflektierten Wellen auf den Prüfkopf, so entsteht ein elektrischer Impuls (Echo), der verarbeitet wird. Durch Messung der Laufzeit zwischen zwei Echos bekannten Ursprungs kann bei bekannter Schallgeschwindigkeit auf die zurückgelegte Strecke geschlossen werden. Daraus lässt sich dann die Materialstärke bestimmen.

Für die Rohrprüfung mit Rotationsprüfanlagen kann man zusätzlich bei bekanntem Abstand eines Prüfkopfes vom Zentrum der Rotation und der Messung der sogenannten Wasservorlaufstrecke (Schallweg im Koppelwasser, das das Rohr umgibt) den Außendurchmesser bestimmen. Aus der Kombination der Messergebnisse von Wasservorlaufstrecke und Wanddicke lassen sich Innendurchmesser, Exzentrizität und Ovalität (Maße für die Abweichung von der Zylinderform) bestimmen.

Treten Signalamplituden vor Eintreffen des Rückwandechos (reflektierte Schallwelle von der Rückwand / Rohrinnenseite) auf oder tritt kein Rückwandecho mehr auf, so wird der Ultraschall von einer Fläche innerhalb des Prüfguts reflektiert. Solche flächenhaften Reflektoren bezeichnet man als Dopplungen. Ob solche Dopplungen für das Produkt zulässig sind wird in Normen geregelt.