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123儀器商城：涂層測厚儀測量方法和原理

2011-07-03

                                         123儀器商城：涂層測厚儀測量方法和原理
編輯：123儀器商城
 
    對材料表面保護(hù)、裝飾形成的覆蓋層，如涂層、鍍層、敷層、貼層、化學(xué)生成膜等，在有關(guān)國家和國際標(biāo)準(zhǔn)中稱為覆層(coating)。
    覆層厚度測量已成為加工工業(yè)、表面工程質(zhì)量檢測的重要一環(huán)，是產(chǎn)品達(dá)到優(yōu)等質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的必備手段。為使產(chǎn)品國際化，我國出口商品和涉外項(xiàng)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(yàn)。
    X射線和β射線法是無接觸無損測量，但裝置復(fù)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(hù)規(guī)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(dǎo)電體的絕緣覆層測厚時(shí)采用。
    隨著技術(shù)的日益進(jìn)步，特別是近年來引入微機(jī)技術(shù)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(shí)用化的方向進(jìn)了一步。測量的分辨率已達(dá)0.1微米，精度可達(dá)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(jià)廉，是工業(yè)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(jīng)濟(jì)地進(jìn)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(dǎo)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(guān)系，這個(gè)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(dǎo)磁率之差足夠大，就可進(jìn)行測量。鑒于大多數(shù)工業(yè)品采用結(jié)構(gòu)鋼和熱軋冷軋鋼板沖壓成型，所以磁性涂層測厚儀應(yīng)用廣。涂層測厚儀基本結(jié)構(gòu)由磁鋼，接力簧，標(biāo)尺及自停機(jī)構(gòu)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(dāng)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(chǎn)品可以自動(dòng)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(diǎn)是操作簡便、堅(jiān)固耐用、不用電源，測量前無須校準(zhǔn)，價(jià)格也較低，很適合車間做現(xiàn)場質(zhì)量控制。

二、磁感應(yīng)測量原理
    采用磁感應(yīng)原理時(shí)，利用從測頭經(jīng)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(yīng)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(yīng)原理的測厚儀，原則上可以有導(dǎo)磁基體上的非導(dǎo)磁覆層厚度。一般要求基材導(dǎo)磁率在500以上。如果覆層材料也有磁性，則要求與基材的導(dǎo)磁率之差足夠大(如鋼上鍍鎳)。當(dāng)軟芯上繞著線圈的測頭放在被測樣本上時(shí)，儀器自動(dòng)輸出測試電流或測試信號。早期的產(chǎn)品采用指針式表頭，測量感應(yīng)電動(dòng)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(shè)計(jì)引入穩(wěn)頻、鎖相、溫度補(bǔ)償?shù)鹊匦录夹g(shù)，利用磁阻來調(diào)制測量信號。還采用專利設(shè)計(jì)的集成電路，引入微機(jī)，使測量精度和重現(xiàn)性有了大幅度的提高。現(xiàn)代的磁感應(yīng)測厚儀，分辨率達(dá)0.1um，允許誤差達(dá)1%，量程達(dá)10mm。
    磁性原理測厚儀可應(yīng)用來精確測量鋼鐵表面的油漆層，瓷、搪瓷防護(hù)層，塑料、橡膠覆層，包括鎳鉻在內(nèi)的各種有色金屬電鍍層，以及化工石油待業(yè)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(chǎn)生電磁場，測頭靠近導(dǎo)體時(shí)，就在其中形成渦流。測頭離導(dǎo)電基體愈近，則渦流愈大，反射阻抗也愈大。這個(gè)反饋?zhàn)饔昧勘碚髁藴y頭與導(dǎo)電基體之間距離的大小，也就是導(dǎo)電基體上非導(dǎo)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(yīng)原理比較，主要區(qū)別是測頭不同，信號的頻率不同，信號的大小、標(biāo)度關(guān)系不同。與磁感應(yīng)測厚儀一樣，渦流測厚儀也達(dá)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(dǎo)電體上的非導(dǎo)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(dǎo)電性，通過校準(zhǔn)同樣也可測量，但要求兩者的導(dǎo)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(dǎo)電體，但這類任務(wù)還是采用磁性原理測量較為合適。