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涂层测厚仪测量原理及分类 测厚仪是如何工作的

时间:2020-08-05    来源:仪多多仪器网    作者:仪多多商城     
对材料表面起保护,装饰作用的覆盖层,如涂层,镀层,敷层,贴层,化学生成膜等,在一些国家和国际标准中称为覆层(coating)。

覆层厚度测量已成为加工工业、表面工程质量检测的重要环节,是产品达到优等质量标准的必要手段。为使产品国际化,我国出口商品和涉外项目中,对覆层厚度有了明确要求。

覆层厚度的测量方法主要有:楔切法,光截法,电解法,厚度差测量法,称重法,X射线荧光法,β射线反向散射法,电容法、磁性测量法及涡流测量法等等。这些方法中前五种是有损检测,测量手段繁琐,速度慢,多适用于抽样检验。

X射线和β射线法是无接触无损测量,但装置复杂昂贵,测量范围较小。因有放射源,使用者必须遵守射线防护规范。X射线法可测极薄镀层、双镀层、合金镀层。β射线法适合镀层和底材原子序号大于3的镀层测量。电容法仅在薄导电体的绝缘覆层测厚时采用。

随着技术的日益进步,特别是近年来引入微机技术后,采用磁性法和涡流法的测厚仪向微型、智能、多功能、高精度、实用化的方向进了一步。测量的分辨率已达0.1微米,精度可达到1%,有了大幅度的提高。它适用范围广,量程宽、操作简便且价廉,是工业和科研使用广泛的测厚仪器

采用无损方法既不破坏覆层也不破坏基材,检测速度快,能使大量的检测工作经济地进行。

一. 磁吸力测量原理及测厚仪

永久磁铁(测头)与导磁钢材之间的吸力大小与处于这两者之间的距离成一定比例关系,这个距离就是覆层的厚度。利用这一原理制成测厚仪,只要覆层与基材的导磁率之差足够大,就可进行测量。鉴于大多数工业品采用结构钢和热轧冷轧钢板冲压成型,所以磁性测厚仪应用广泛。测厚仪基本结构由磁钢,接力簧,标尺及自停机构组成。磁钢与被测物吸合后,将测量簧在其后逐渐拉长,拉力逐渐增大。当拉力刚好大于吸力,磁钢脱离的一瞬间记录下拉力的大小即可获得覆层厚度。新型的产品可以自动完成这一记录过程。不同的型号有不同的量程与适用场合。

这种仪器的特点是操作简便、坚固耐用、不用电源,测量前无须校准,价格也较低,很适合车间做现场质量控制。

二. 磁感应测量原理

采用磁感应原理时,利用从测头经过非铁磁覆层而流入铁磁基体的磁通的大小,来测定覆层厚度。也可以测定与之对应的磁阻的大小,来表示其覆层厚度。覆层越厚,则磁阻越大,磁通越小。利用磁感应原理的测厚仪,原则上可以有导磁基体上的非导磁覆层厚度。一般要求基材导磁率在500以上。如果覆层材料也有磁性,则要求与基材的导磁率之差足够大(如钢上镀镍)。当软芯上绕着线圈的测头放在被测样本上时,仪器自动输出测试电流或测试信号。早期的产品采用指针式表头,测量感应电动势的大小,仪器将该信号放大后来指示覆层厚度。近年来的电路设计引入稳频、锁相、温度补偿等地新技术,利用磁阻来调制测量信号。还采用专利设计的集成电路,引入微机,使测量精度和重现性有了大幅度的提高(几乎达一个数量级)。现代的磁感应测厚仪,分辨率达磁感应测厚仪_电涡流测量原理_磁吸力测量原理及测厚仪_电涡流原理的测厚仪到0.1um,允许误差达1%,量程达10mm。

磁性原理测厚仪可应用来精确测量钢铁表面的油漆层,瓷、搪瓷防护层,塑料、橡胶覆层,包括镍铬在内的各种有色金属电镀层,以及化工石油待业的各种防腐涂层。

三. 电涡流测量原理

高频交流信号在测头线圈中产生电磁场,测头靠近导体时,就在其中形成涡流。测头离导电基体愈近,则涡流愈大,反射阻抗也愈大。这个反馈作用量表征了测头与导电基体之间距离的大小,也就是导电基体上非导电覆层厚度的大小。由于这类测头专门测量非铁磁金属基材上的覆层厚度,所以通常称之为非磁性测头。非磁性测头采用高频材料做线圈铁芯,例如铂镍合金或其它新材料。与磁感应原理比较,主要区别是测头不同,信号的频率不同,信号的大小、标度关系不同。与磁感应测厚仪一样,涡流测厚仪也达到了分辨率0.1um,允许误差1%,量程10mm的高水平。

采用电涡流原理的测厚仪,原则上对所有导电体上的非导电体覆层均可测量,如航天航空器表面、车辆、家电、铝合金门窗及其它铝制品表面的漆,塑料涂层及阳极氧化膜。覆层材料有一定的导电性,通过校准同样也可测量,但要求两者的导电率之比至少相差3-5倍(如铜上镀铬)。虽然钢铁基体亦为导电体,但这类任务还是采用磁性原理测量较为合适.

四、塑胶产品上涂层厚度的测量问题

1.用转移法测量塑胶产品上涂层时的注意事项

对塑胶产品上涂层的测量。如使用超声波发测量时,经常因涂层与基材发生相溶而没有较好的声波反射面,从而导致测量失败或读值严重偏差。如使用切锲法,也多有使用不方便和读数困难的地方。

所以目前便携式电子产品生产厂普遍使用转移法测量塑胶产品上涂层。

我们经过多年实践,推荐先在产品上盖若干小条标准厚度的聚酯薄膜(50微米左右,我公司有专门定制供应),再用纸基美纹胶带压住两头,留出中间部分。将该产品放入喷涂线上正常喷涂、烘烤。

产品完工后,取下留有漆膜的聚酯薄膜,用铁零板(或铝零板)做基板用磁感应(或电涡流法)膜厚仪分别测量有涂层的部分和无涂层的部分,两者之差就是涂层厚度。由于采用同一块零板,所以电磁感应参考点不会发生变化,从而保证了测量基准不变,保证了测量的准确。另外,特别是因采用了差别法,所以仪器和零板的误差都会因相减而抵消。这样就大大降低了对零板和仪器精度的要求。

也有部分工厂仍采用粘贴铁片和铝片的方法,需要注意的是每块铁片或铝片表面粗糙度不同、凸凹变形、厚薄变化等会造成电磁感应参考点发生变化,这样可能会造成测量误差加大和重复性较差。需要注意避免。

2.涂层厚度测量的其他问题

a. 涂层烘烤固化后,还有一个继续固化的缓慢过程,因条件限制, 工厂一般取下产品后就会测量。如过一两天后再测,往往厚度会少1~3微米。

b. 至于切片法测厚,制备切片则非常重要。由于基材和涂层都较软,切割变形可能造成涂层向基材方向或基材向涂层方向挤压侵占,从而造成读数偏大或偏小。

另外油漆喷涂过程是液态点状溅射至基材后,经流平、交联、成膜固化。断面一定是表面有起伏状态,外观上看则呈现出桔皮现象。转移法测厚是在平面上随机取点,或再取平均数,切片法是在切割处的一条直线断面上显微目视读数。两者因取点方法不同、位置不同,两者读数会有不同。但两者有互相参考价值,可分析对比找出原因。
涂层测厚仪常见毛病扫除办法

  测厚仪其实是一种用于查看物体厚度的仪器仪表。在工业生产测厚中广泛运用。这类涂层测厚仪,根据其测量办法的不一样,大致可以划分为以下几个种类:运用α 射线、β 射线、y 射线穿透特性的放射性厚度计;选用超声波频率改动的超声波厚度计以及选用涡流原理的电涡流厚度计;还有电容式厚度计等。

  此外,运用微波和激光技术制成厚度计,现在还处在研发、试验期间。涂层测厚仪可测量磁性金属基体(如钢、铁、合金和硬磁性钢等)上非磁性涂层的厚度(如铝、铬、铜、搪瓷、橡胶、油漆等)及非磁性金属基体(如铜、铝、锌、锡等)上非导电覆层的厚度(如:搪瓷、橡胶、油漆、塑料等)。既可用于实验室中的精细测量,也可用于工程现场广泛地运用在金属制造业、化工业、航空航天、科研开发等范畴,是企业确保产品质量、商查看控、必不可少的查看仪器。

  一、作业原理

  膜厚仪采用了磁性和涡流两种测厚方法,可无损地测量磁性金属基体( 如钢、铁、合金和硬磁性钢等 )上非磁性覆盖层的厚度(如铝、铬、铜、珐琅、橡胶、 油漆等)及非磁性金属基体(如铜、 铝、 锌、 锡等)上非导电覆盖层的厚度(如:珐琅、橡胶、油漆、塑料等)。

  a) 磁性法(F 型测量头)

  当测量头与覆盖层接触时,测量头和磁性金属基体构成一闭合磁路,由于非磁性覆盖层的存在,使磁路磁阻变化,通过测量其变化可导出覆盖层的厚度。

  b) 涡流法(N 型测量头)

  利用高频交变电流在线圈中产生一个电磁场,当测量头与覆盖层接触时,金属基体上产生电涡流,并对测量头中的线圈产生反馈作用,通过测量反馈作用的大小可导出覆盖层的厚度。

  二、常见毛病及扫除办法

  涂层测厚仪的毛病主要有示值显现不稳定、测量差错较大、屏幕不显现数据。致使这些毛病的要素既有来自仪器本身,也有被测工件的要素,还有即是来自人为的影响,下面咱们介绍一下扫除这些毛病的办法。

  1.示值显现不稳定

  致使涂层测厚仪示值显现不稳定的要素主要是来自工件本身的资料和构造的特别性,比方工件本身是不是为导磁性资料,假如是导磁性资料咱们就要挑选磁性涂层测厚仪,假如工件为导电体,咱们就得挑选涡流涂层测厚仪。再者,被测件的外表粗糙度和附着物也是致使仪器示值显现不稳定的重要要素,测厚仪的探头对那些阻碍与覆盖层外表紧密触摸的附着物质极其灵敏。有必要确保探头与覆盖层外表直触摸摸。因而,扫除此种毛病的关键即是:测量前铲除被测件触摸面的尘埃、细屑、油脂及腐蚀产物等附着物,但不要除去任何覆盖层物质。再有即是在进行体系调零时,所运用的基体外表也有必要是清洗、润滑的。如感受测量成果差错比较大时,请先用仪器装备的塑料校准片做一轮测验,如违背答应差错较远则有也许是仪器本身出了问题,需返厂家检修。在体系校按时没有挑选适宜的基体。基体最小平面为7mm,最小厚度为 0.2mm,低于此临界条件测量是不可靠的。

  2.测量成果差错大

  探头的放置方法对测量有很大影响,在测量中应使探头与被测件外表坚持笔直。而且探头的放置时刻不宜过长,避免形成基体本身磁场的搅扰。测量时不要拖动探头,由于这么不仅对探头会形成磨损,也不会得到精确的测量成果。别的,基体金属被磁化、基体金属厚度过小、工件曲率过小、测量基座外表有锈蚀、测量现场周围有电磁场搅扰等要素都有也许致使测量成果的反常,假如离电磁场十分近时还有也许会发作死机景象。

  3.屏幕不显现数据

  最简略要素即是查看电池是不是电量足够,断定电池电量足够后如发现测量仍是不显现数值,可以思考是不是有测头及连线有松动、断开或触摸不良景象、电池漏液后腐蚀仪器内电子零部件等要素影响。小编在实际作业中就碰到过因测头运用不当被化学物品腐蚀,致使仪器不显现数据的景象。

  4.人为要素

  涂层测厚仪之所以可以测量到微米级就由于它可以采纳磁通量的细小改动,并把它转化变成数字信号。运用者在测量过程中假如对仪器不熟悉就也许使探头违背被测体,使磁通量发作改动形成错误测量。运用者初度运用仪器时,要先认真研读说明书,把握好测量办法。

  5.仪器本身发作毛病

  长时间处于作业状况的测厚仪,极有也许发作轰动、下跌、等意外,或所在的作业环境有磁场搅扰,致使仪器内部电子零件受搅扰至损,又是由于经多人次、多地址运用,致使仪器测量数据不可靠、屏幕数据显现呈乱码、乃至无法开机等,所以主张尽量确保专人运用和保管仪器,发作毛病及时返厂修理,不得私行拆机查看。

  因而,在运用测厚仪测量的时分要注意以下几点:

  (1)在测量的时分要注意侧头与测试外表坚持笔直。

  (2)在测量时要保持压力的稳定,否则会影响测量的读数。

  (3)在进行测验的时分要注意标准片基体的金属磁性和外表粗糙度应当与试件类似。

  (4)在测量的时分要注意试件的曲率对测量的影响。因而在弯曲的试件外表上测量时不可靠的。

  (5)测量前要注意周围其他的电器设备会不会发作磁场,假如会,将会搅扰磁性测厚法的测厚仪。

  (6) 在进行测验的时分要注意基体金属的临界厚度,假如大于这个厚度测量就不受基体金属厚度的影响。

  (7)在进行测验的时分要注意仪器测头和被测验件的要直接接触,因而超声波测厚仪在进行对侧头铲除附着物质。

  (8)测量时要注意不要在内转角处和接近试件边际处测量,由于通常的测厚仪对试件外表形状的遽然改动很灵敏。

标签: 涂层测厚仪
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全系列测厚探头可以配合测厚仪满足多用途厚度测量应用;多种探头可选,适合特殊测厚应用,包括灰口铸铁等粗晶粒材料和高温环境测量(温度较高可达300℃)应用;
• 探头自适应功能:自动匹配不同生产厂家的各种型号的探头,自动进行灵敏度与频率等参数测试识别,自动调整测厚仪参数设置,达到好的测量效果;
• 开机自检功能,有助提高测量精度;
• 自动关机时间可根据用户习惯自行设置;
• 探头零点自动校准,声速校准功能;
• 内置9种材料的声速,并可编辑,方便用户使用;
• 多种实用测量模式:标准测量模式,扫查模式,差值测量模式,平均值测量模式,极值报警模式,高温测量模式(配高温探头); 

影响指标因素

1、超声波测厚仪所测工件表面粗糙度过大,造成探头与接触面耦合效果差,反射回波低,甚至无法接收到回波信号。对于表面锈蚀,耦合效果极差的在役设备、管道等可通过砂、磨、挫等方法对表面进行处理,降低粗糙度,同时也可以将氧化物及油漆层去掉,露出金属光泽,使探头与被检物通过耦合剂能达到很好的耦合效果。

2、检测面与底面不平行,声波遇到底面产生散射,探头无法接受到底波信号。

3、工件曲率半径太小,尤其是小径管测厚时,因常用探头表面为平面,与曲面接触为点接触或线接触,声强透射率低(耦合不好)。可选用小管径专用探头,能较的测量管道等曲面材料。

4、探头接触面有一定磨损。常用测厚探头表面为丙烯树脂,长期使用会使其表面粗糙度增加,导致灵敏度下降,从而造成显示不正确。可选用500#砂纸打磨,使其平滑并保证平行度。如仍不稳定,则考虑更换探头。

5、铸件、奥氏体钢因组织不均匀或晶粒粗大,在其中穿过时产生严重的散射衰减,被散射的超声波沿着复杂的路径传播,有可能使回波湮没,造成不显示。可选用频率较低的粗晶专用探头。

6、超声波测厚仪所测物背面有大量腐蚀坑。由于被测物另一面有锈斑、腐蚀凹坑,造成声波衰减,导致读数无规则变化,在极端情况下甚至无读数。

7、温度的影响。一般固体材料中的声速随其温度升高而降低,有试验数据表明,热态材料每增加100℃,声速下降1%。对于高温在役设备常常碰到这种情况。应选用高温专用探头,切勿使用普通探头。

8、层叠材料、复合(非均质)材料。要测量未经耦合的层叠材料是不可能的,因超声波无法穿透未经耦合的空间,而且不能在复合材料中匀速传播。对于由多层材料包扎制成的设备,测厚时要特别注意,测厚仪的示值仅表示与探头接触的那层材料厚度。

9、当材料内部存在缺陷时,显示值约为公称厚度的70%,此时可用超声波探伤仪进一步进行缺陷检测。

10、被测物体内有沉积物,当沉积物与工件声阻抗相差不大时,显示值为壁厚加沉积物厚度。

11、声速选择错误。测量工件前,根据材料种类预置其声速或根据标准块反测出声速。当用一种材料校正仪器后又去测量另一种材料时,将产生错误的结果。要求在测量前一定要正确识别材料,选择合适声速。

12、金属表面氧化物或油漆覆盖层的影响。金属表面产生的致密氧化物或油漆防腐层,虽与基体材料结合紧密,无明显界面,但声速在两种物质的传播速度不一样,会导致终的测量误差。

13、应力的影响。在役设备、管道大部分有应力存在,固体材料的应力状况对声速有一定的影响。

①当应力方向与传播方向一致时,若应力为压应力,则应力作用使工件弹性增加,声速加快;反之,若应力为拉应力,则声速减慢。

②当应力与波的传播方向不一致时,波动过程中质点振动轨迹受应力干扰,波的传播方向产生偏离。根据资料表明,一般应力增加,声速缓慢增加。

14、耦合剂的影响。耦合剂是用来排除探头和被测物体之间的空气,使超声波能有效地穿入工件达到检测目的。如果选择种类或使用方法不当,将造成误差或耦合标志闪烁,无法测量。

①因根据使用情况选择合适的种类,当使用在光滑材料表面时,可以使用低粘度的耦合剂;当使用在粗糙表面、垂直表面及顶表面时,应使用粘度高的耦合剂。高温工件应选用高温耦合剂。

②其次,耦合剂应适量使用,涂抹均匀,一般应将耦合剂涂在被测材料的表面,但当超声波测厚仪测量温度较高时,耦合剂应涂在探头上。

 




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