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涂層測厚儀等各種側厚儀器的測量原理和應用領域

2011-05-23

                                               涂層測厚儀等各種側厚儀器的測量原理和應用領域

        涂層測厚儀可無損地測量磁性金屬基體(如鋼、鐵、合金和硬磁性鋼等)上非磁性涂層的厚度(如鋁、鉻、銅、琺瑯、橡膠、油漆等) 及非磁性金屬基體(如銅、鋁、鋅、錫等)上非導電覆層的厚度(如:琺瑯、橡膠、油漆、塑料等)。涂鍍層測厚儀具有測量誤差小、可靠性高、穩定性好、操作簡便等特點，是控制和保證產品質量必不可少的檢測儀器，廣泛地應用在制造業、金屬加工業、化工業、商檢等檢測領域。

        對材料表面保護、裝飾形成的覆蓋層，如涂層、鍍層、敷層、貼層、化學生成膜等，在有關國家和國際標準中稱為覆層(coating)。

        覆層厚度測量已成為加工工業、表面工程質量檢測的重要一環，是產品達到優等質量標準的必備手段。為使產品國際化，我國出口商品和涉外項目中，對覆層厚度有了明確的要求。

        覆層厚度的測量方法主要有：楔切法，光截法，電解法，厚度差測量法，稱重法，X射線熒光法，β射線反向散射法，電容法、磁性測量法及渦流測量法等。這些方法中前五種是有損檢測，測量手段繁瑣，速度慢，多適用于抽樣檢驗。

        X射線和β射線法是無接觸無損測量，但裝置復雜昂貴，測量范圍較小。因有放射源，使用者必須遵守射線防護規范。X射線法可測極薄鍍層、雙鍍層、合金鍍層。β射線法適合鍍層和底材原子序號大于3的鍍層測量。電容法僅在薄導電體的絕緣覆層測厚時采用。

        隨著技術的日益進步，特別是近年來引入微機技術后，采用磁性法和渦流法的測厚儀向微型、智能、多功能、高精度、實用化的方向進了一步。測量的分辨率已達0.1微米，精度可達到1%，有了大幅度的提高。它適用范圍廣，量程寬、操作簡便且價廉，是工業和科研使用廣泛的測厚儀器。

        采用無損方法既不破壞覆層也不破壞基材，檢測速度快，能使大量的檢測工作經濟地進行。

        測量原理與儀器

        一．磁吸力測量原理及測厚儀

        永久磁鐵(測頭)與導磁鋼材之間的吸力大小與處于這兩者之間的距離成一定比例關系，這個距離就是覆層的厚度。利用這一原理制成測厚儀，只要覆層與基材的導磁率之差足夠大，就可進行測量。鑒于大多數工業品采用結構鋼和熱軋冷軋鋼板沖壓成型，所以磁性測厚儀應用廣。測厚儀基本結構由磁鋼，接力簧，標尺及自停機構組成。磁鋼與被測物吸合后，將測量簧在其后逐漸拉長，拉力逐漸增大。當拉力剛好大于吸力，磁鋼脫離的一瞬間記錄下拉力的大小即可獲得覆層厚度。新型的產品可以自動完成這一記錄過程。不同的型號有不同的量程與適用場合。

        這種儀器的特點是操作簡便、堅固耐用、不用電源，測量前無須校準，價格也較低，很適合車間做現場質量控制。

        二．磁感應測量原理

        采用磁感應原理時，利用從測頭經過非鐵磁覆層而流入鐵磁基體的磁通的大小，來測定覆層厚度。也可以測定與之對應的磁阻的大小，來表示其覆層厚度。覆層越厚，則磁阻越大，磁通越小。利用磁感應原理的測厚儀，原則上可以有導磁基體上的非導磁覆層厚度。一般要求基材導磁率在500以上。如果覆層材料也有磁性，則要求與基材的導磁率之差足夠大(如鋼上鍍鎳)。當軟芯上繞著線圈的測頭放在被測樣本上時，儀器自動輸出測試電流或測試信號。早期的產品采用指針式表頭，測量感應電動勢的大小，儀器將該信號放大后來指示覆層厚度。近年來的電路設計引入穩頻、鎖相、溫度補償等地新技術，利用磁阻來調制測量信號。還采用專利設計的集成電路，引入微機，使測量精度和重現性有了大幅度的提高(幾乎達一個數量級)。現代的磁感應測厚儀，分辨率達磁感應測厚儀_電渦流測量原理_磁吸力測量原理及測厚儀_電渦流原理的測厚儀到0.1um，允許誤差達1%，量程達10mm。

        磁性原理測厚儀可應用來精確測量鋼鐵表面的油漆層，瓷、搪瓷防護層，塑料、橡膠覆層，包括鎳鉻在內的各種有色金屬電鍍層，以及化工石油待業的各種防腐涂層。

        三．電渦流測量原理

        高頻交流信號在測頭線圈中產生電磁場，測頭靠近導體時，就在其中形成渦流。測頭離導電基體愈近，則渦流愈大，反射阻抗也愈大。這個反饋作用量表征了測頭與導電基體之間距離的大小，也就是導電基體上非導電覆層厚度的大小。由于這類測頭專門測量非鐵磁金屬基材上的覆層厚度，所以通常稱之為非磁性測頭。非磁性測頭采用高頻材料做線圈鐵芯，例如鉑鎳合金或其它新材料。與磁感應原理比較，主要區別是測頭不同，信號的頻率不同，信號的大小、標度關系不同。與磁感應測厚儀一樣，渦流測厚儀也達到了分辨率0.1um，允許誤差1%，量程10mm的高水平。

        采用電渦流原理的測厚儀，原則上對所有導電體上的非導電體覆層均可測量，如航天航空器表面、車輛、家電、鋁合金門窗及其它鋁制品表面的漆，塑料涂層及陽極氧化膜。覆層材料有一定的導電性，通過校準同樣也可測量，但要求兩者的導電率之比至少相差3-5倍(如銅上鍍鉻)。雖然鋼鐵基體亦為導電體，但這類任務還是采用磁性原理測量較為合。
       
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