淺談涂層測厚儀工作原理與常見故障

摘 要：文章結(jié)合工作實際情況，依據(jù)JJG818-2005《磁性、渦流式覆層厚度測量儀》檢定規(guī)程，對涂層測厚儀的工作原理和常見故障及排除故障的方法進(jìn)行分析論述。

關(guān)鍵詞：涂層測厚儀；工作原理；常見故障

1 測厚儀簡介

測厚儀（thickness gauge）是用來測量物體厚度的儀表。在工業(yè)生產(chǎn)中常用來連續(xù)測量產(chǎn)品的厚度（如鋼板、鋼帶、紙張等）。這類儀表中有利用α射線、β射線、y射線穿透特性的放射性厚度計；有利用超聲波頻率變化的超聲波厚度計；有利用渦流原理的電渦流厚度計；還有電容式厚度計等。而利用微波和激光技術(shù)制成厚度計，目前還處在研制、試驗階段。

涂層測厚儀（下文統(tǒng)一簡稱“測厚儀”）可測量磁性金屬基體（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(dǎo)電覆層的厚度（如：琺瑯、橡膠、油漆、塑料等）。既可用于實驗室中的精密測量，也可用于工程現(xiàn)場廣泛地應(yīng)用在金屬制造業(yè)、化工業(yè)、航空航天、科研開發(fā)等領(lǐng)域，是企業(yè)保證產(chǎn)品質(zhì)量、商檢測控、必不可少的檢測儀器。

2 工作原理

測厚儀一般采用電磁感應(yīng)法測量涂層的厚度。將處于工作狀態(tài)下的測量探頭放置于被測部件表面，因此產(chǎn)生一個閉合的磁回路，隨著移動探頭與鐵磁性材料間的距離發(fā)生改變，該磁回路將產(chǎn)生不同程度的改變，從而引起磁阻及探頭線圈電感的變化。利用這一原理可以精確地測量探頭與鐵磁性材料間的距離，該距離即所測的涂層厚度。

根據(jù)以上測量原理制成的測厚儀一般會分為以下五種類型：

（1）磁性測厚法：適用導(dǎo)磁材料上的非導(dǎo)磁層厚度測量。導(dǎo)磁材料一般為：鋼、鐵、銀、鎳。此種方法測量結(jié)果精度高。

磁性（磁阻式和磁力式）覆層厚度測量儀和電渦流式覆層厚度測量儀。

（2）渦流測厚法：適用導(dǎo)電金屬上的非導(dǎo)電層厚度測量，此種方法較磁性測厚法精度低。

（3）超聲波測厚法：該類型測厚儀適用于多層涂鍍層厚度的測量或者前兩種方法都無法測量的場合。但一般價格昂貴、測量精度也不高，目前國外個別廠家有這樣的儀器，國內(nèi)暫時沒有投入生產(chǎn)。

（4）電解測厚法：不同于以上三種方法，需要破壞涂鍍層，屬于有損檢測。測量方法比前三種麻煩，并且精度也不高。

（5）放射測厚法：此方法依據(jù)放射源檢測，并且儀器價格非常昂貴（一般在10萬人民幣以上），適用于一些特殊環(huán)境，各項技術(shù)參數(shù)要求相對較高，使用范圍相對狹窄。

目前，國內(nèi)使用最為普遍的是磁性法和渦流法的測厚儀，測量方法無損傷，既不破壞被測工件覆層也不破壞基材，儀器本身體積小巧，測量范圍寬、使用操作簡便、適用范圍廣，并且購置價格相對低廉，檢測速度快捷。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的日益進(jìn)步，部分機型的測量分辨率可以達(dá)到0.01微米，準(zhǔn)確度等級可達(dá)到標(biāo)稱示值的1%，并且通過配備不同類型測頭，可滿足多種測量的需要。

3 涂層測厚儀常見故障及排除方法

涂層測厚儀的故障主要有示值顯示不穩(wěn)定、測量誤差較大、屏幕不顯示數(shù)據(jù)。引起這些故障的原因既有來自儀器本身，也有被測工件的原因，還有就是來自人為的影響，下面我們介紹一下排除這些故障的方法。

3.1 示值顯示不穩(wěn)定

導(dǎo)致涂測厚儀示值顯示不穩(wěn)定的原因主要是來自工件本身的材料和結(jié)構(gòu)的特殊性，比如工件本身是否為導(dǎo)磁性材料，如果是導(dǎo)磁性材料我們就要選擇磁性涂層測厚儀，如果工件為導(dǎo)電體，我們就得選擇渦流涂層測厚儀。

再者，被測件的表面粗糙度和附著物也是引起儀器示值顯示不穩(wěn)定的重要因素，測厚儀的測頭對那些妨礙與覆蓋層表面緊密接觸的附著物質(zhì)極其敏感。必須保證探頭與覆蓋層表面直接接觸。因此，排除此種故障的要點就是：測量前清除被測件接觸面的灰塵、細(xì)屑、油脂及腐蝕產(chǎn)物等附著物，但不要除去任何覆蓋層物質(zhì)。再有就是在進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)零時，所使用的基體表面也必須是清潔、光滑的。

如感覺測量結(jié)果偏差比較大時，請先用儀器配備的塑料校準(zhǔn)片做一輪測試，如偏離允許誤差較遠(yuǎn)則有可能是儀器本身出了問題，需返廠檢修。在系統(tǒng)校準(zhǔn)時沒有選擇合適的基體。基體最小平面為7mm，最小厚度為0.2mm，低于此臨界條件測量是不可靠的。

3.2 測量結(jié)果誤差大

探頭的放置方式對測量有很大影響，在測量中應(yīng)使探頭與被測件表面保持垂直。并且探頭的放置時間不宜過長，以免造成基體本身磁場的干擾。測量時不要拖動探頭，因為這樣不僅對探頭會造成磨損，也不會得到準(zhǔn)確的測量結(jié)果。

另外，基體金屬被磁化、基體金屬厚度過小、工件曲率過小、測量基座表面有銹蝕、測量現(xiàn)場周圍有電磁場干擾等因素都有可能引起測量結(jié)果的異常，如果離電磁場非常近時還有可能會發(fā)生死機現(xiàn)象。

3.3 屏幕不顯示數(shù)據(jù)

最簡單原因就是檢查電池是否電量充足，確定電池電量充足后如發(fā)現(xiàn)測量還是不顯示數(shù)值，可以考慮是否有測頭及連線有松動、斷開或接觸不良現(xiàn)象、電池漏液后腐蝕儀器內(nèi)電子零部件等因素影響。作者在實際工作中就碰到過因測頭使用不當(dāng)被化學(xué)物品腐蝕，導(dǎo)致儀器不顯示數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。

3.4 人為因素

涂層測厚儀之所以能夠測量到微米級就因為它能夠采取磁通量的微小變化，并把它轉(zhuǎn)化成為數(shù)字信號。使用者在測量過程中如果對儀器不熟悉就可能使探頭偏離被測體，使磁通量發(fā)生變化造成錯誤測量。使用者初次使用儀器時，要先認(rèn)真研讀說明書，掌握好測量方法。

3.5 儀器自身發(fā)生故障

長期處于工作狀態(tài)的測厚儀，極有可能發(fā)生震動、跌落、等意外，或所處的工作環(huán)境有磁場干擾，致使儀器內(nèi)部電子零件受干擾至損，又是由于經(jīng)多人次、多地點使用，導(dǎo)致儀器測量數(shù)據(jù)不可靠、屏幕數(shù)據(jù)顯示呈亂碼、甚至無法開機等，所以建議盡量保證專人使用和保管儀器，發(fā)生故障及時返廠維修，不得擅自拆機檢測。

因此，在使用測厚儀測量的時候要注意以下八點：

（1）在進(jìn)行測試的時候要注意標(biāo)準(zhǔn)片基體的金屬磁性和表面粗糙度應(yīng)當(dāng)與試件相似。

（2）在測量的時候要注意側(cè)頭與試樣表面保持垂直。

（3）在進(jìn)行測試的時候要注意基體金屬的臨界厚度，如果大于這個厚度測量就不受基體金屬厚度的影響。

（4）在測量的時候要注意試件的曲率對測量的影響。因此在彎曲的試件表面上測量時不可靠的。

（5）測量前要注意周圍其他的電器設(shè)備會不會產(chǎn)生磁場，如果會，將會干擾磁性測厚法的測厚儀。

（6）測量時要注意不要在內(nèi)轉(zhuǎn)角處和靠近試件邊緣處測量，因為一般的測厚儀對試件表面形狀的忽然變化很敏感。

（7）在測量時要保持壓力的恒定，否則會影響測量的讀數(shù)。

（8）在進(jìn)行測試的時候要注意儀器測頭和被測試件的要直接接觸，因此超聲波測厚儀在進(jìn)行對側(cè)頭清除附著物質(zhì)。

參考文獻(xiàn)

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[3]GB/T4957-2003.非磁性基體金屬上非導(dǎo)電覆蓋層 覆蓋層厚度測量 渦流法[Z].

[4]JB/T8393-1996.磁性、渦流式覆層厚度測量儀[Z].