覆層測厚儀原理及影響測量精度的因素

摘 要：闡述了磁力測厚儀、磁感應測厚儀、電渦流測厚儀工作原理。針對覆層測厚儀的特殊性分析了在實際工作中影響測量精度的諸多因素。

關鍵詞：覆層；磁力；磁感應；電渦流；測量精度；分辨率

在很多行業中，例如化工、電力、金屬、電子等，為了能夠更好的保護各種材質的材料不會受到損壞，都會選擇噴涂或者有色金屬把材料覆蓋住，避免材料出現養護以及磷化的情況，因此，就有了貼層、鍍層、涂層、敷層以及化學成膜這些觀點，統一稱為覆層。檢測覆層所噴涂的厚度這是檢測工業成品生產情況的關鍵步驟之一。覆層檢測厚度的儀器能夠在不損壞成品品質的情況下測量出磁性金屬材料上覆蓋的非磁性材料厚度和非磁性材質上覆蓋的絕緣物體厚度。涂鍍層測量厚度的設施擁有測量偏差小，可信賴性強、穩固定能好、操縱簡便等優點，是掌控以及確保成品品質不可或缺的檢測設施，在生產業、加工業、化工業以及商檢等被普及的使用。

1 磁力原理測厚儀

使用永久磁鐵從車頭經過非鐵磁覆層而流入鐵磁基體的磁通的大小，兩者間的吸力大小和兩者之間相距的距離是一定的比例，覆層的厚度就是這個距離。利用這一原理制成測厚儀，覆層和基材的導磁率差異勾搭，就能夠使用測厚儀進行測量。因為很多工業成品都是使用鋼以及冷熱軋鋼板制造，因此磁性測厚儀能夠在很多領域得到廣泛的使用。測量設施的根本構造是由磁鋼、標尺、拉簧和自停構造組成。如果磁鋼和要進行測量的物體吸附之后，其中一個彈簧會慢慢的被拉長，拉力也隨之增加，如果拉力鋼比兩者之間的吸附力大在兩個物體分開時記錄下拉力情況就能夠取得覆層的厚度。普遍來說，按照不一樣的種類又不一樣的量程和適用場所。角度大約在三百五十度的角可以使用刻度在零到一百微米；零到一百微米；零到物毫米的覆蓋厚度，精度在百分之五以上，符合工業使用的標準。磁吸力測量操縱簡便、堅固實用、不用電源，測量前無須校準，價格較低，在車間現場比較適合選擇這種測量方式。

2 磁感應原理測厚儀

使用磁感應原理時，采用從測頭發出的信號流經覆蓋層進入鐵基層，判斷覆蓋層的厚度，覆層越厚，則磁阻越大，磁通越小。因為這是電子測量設施，測量前校準簡便，具有很多能力，擴大儀表標稱范圍的上下兩極限只差的值，提升精準度，因為測試環境能夠減少很多，所以比磁力式覆層檢測設施使用的范圍更廣泛。線圈纏繞在鐵心上的測頭放置在被測樣本上時，測量設施主動輸出測試信號。最開始的商品采用指針式表頭，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零點一微米，允許誤差達百分之一，量程達十毫米。能夠說，伴隨著科學技術的前進，在工業以及科學探索的設施中都得到了廣泛的運用。

3 電渦流原理測厚儀

電渦流測厚儀主要應用于金屬基體上各種非金屬涂鍍層的測量。它的工作原理是利用高頻交流電在作為探頭的線圈中產生一個電磁場，將探頭靠近導電的金屬體時，就在金屬材料中形成渦流，且隨與金屬體的距離減小而增大，該渦流會影響探頭線圈的磁通，故此反饋作用量是表示探頭與基體金屬之間間距大小的一個量值，因為該測頭用在非鐵磁金屬基體上測量覆層厚度，所以通常我們稱該測頭為非磁性測頭。非磁性測頭一般采用高頻高導磁材料做線圈鐵芯，常用鉑鎳合金及其它新材料制作。與磁性測量原理比較，他們的電原理基本一樣，主要區別是測頭不同，測試電流的頻率大小不同，信號大小、標度關系不同。在最新的測厚儀中，通過不斷改進測頭結構，在配合微電腦技術，由自動識別不同測頭來調用不同的控制程序，分別輸出不同的測試電流和改變標度變換軟件，終于使兩種不同類型的的測頭接與同一臺測厚儀上，降低了用戶負擔，基于同一思想，可配接達10種側頭的測厚儀極大地擴展了測厚范圍（達10萬倍以上），可測包括導磁材料表面上的非導磁覆層，導電材料上的非導電覆層及不導電材料上的導電層，基本上滿足了工業生產多數行業的需要。

4 影響測量精度的因素

運用覆層檢測厚度設施和運用別的設施都是一樣的，不僅要了解設施的功能，還要清楚能夠檢測的情況。檢測覆層的設施因為所測量基體的電磁性以及磁性和探頭之間的距離進行檢測，因此，見檢測的物體其自身的物理性以及形狀大小都會對電渦流產生影響，對測量結果也會產生影響，下面我們就講述一下會對測量值的精準度產生影響的因素。

4.1 邊界間距

當探頭與被測體邊界、孔眼、空腔、其它截面變化處的間距小于規定的邊界間距，由于渦流載體截面不夠將產生測量誤差。當必須測量該點的覆層厚度，必須預先在相同條件的無覆層表面進行校準，才能測量。

4.2 基體金屬最小厚度

被測物體的基體一定要給出一個既定的厚度最小值，能夠讓探頭的電磁場全部包裹在被測物體的金屬中，這里給出的既定厚度最小值和被測物體的性質相關，在這個給出的厚度上開展檢測，不用再修整所測量的結果。如果基體的厚度達不到標準，所檢測到的數據就不是最精準的，這種情況就需要使用同材質的物體緊貼在被檢測物體上。

4.3 表面粗糙度和表面清潔度

在粗糙度表面上為獲得一個有代表性的平均測量值必須進行多次測量才行。顯而易見，不論是基體或是覆層，越粗糙，測量值越不可靠。基體金屬和覆蓋層的表面粗糙度越大，影響越大。為獲得可靠的數據，基體的平均粗糙度Ra應小于覆層厚度的5%。而對于表面雜質，則應予去除。有的儀表上下限，以剔除那些\"飛點\"。

4.4 探頭測量時的作用力

探頭進行檢測時所使用的力應該是一成不變的，改變力應該最小化，這樣軟的覆蓋層才不會出現變形的情況，導致檢測數據不準確。在需要時，可以在探頭以及被檢測物體之間夾一層具有相當厚度絕緣的硬性薄膜，在檢測結果中減掉薄膜的厚度就能夠得到想要的結果。

4.5 外界恒磁場、電磁場和基體剩磁

測量應該避免在有干擾作用的外界磁場附近開展。因為根據檢測器的性能殘存的剩磁可能導致或多或少的測量誤差，但是如果是結構鋼，深沖成形鋼板等一般不會出現上述現象。

4.6 覆層材料中的鐵磁成份和導電成份

如果覆層使用的材料是某一種顏料的情況下，在覆層材料中含有一些鐵磁元素，這會對檢測的結果造成不良干擾。所以，用于校對覆層中和被檢測物體覆層一項的電磁性質，經過校對后就能夠正常的進行檢測。運用的方式可以是把一樣材質的覆層材料涂抹在銅或者鋁的試樣品種，使用電渦流檢測方式進行檢測取得對比規范試樣。