淺談涂層測(cè)厚儀工作原理與常見(jiàn)故障

摘 要：文章結(jié)合工作實(shí)際情況，依據(jù)JJG818-2005《磁性、渦流式覆層厚度測(cè)量?jī)x》檢定規(guī)程，對(duì)涂層測(cè)厚儀的工作原理和常見(jiàn)故障及排除故障的方法進(jìn)行分析論述。

關(guān)鍵詞：涂層測(cè)厚儀；工作原理；常見(jiàn)故障

1 測(cè)厚儀簡(jiǎn)介

測(cè)厚儀（thickness gauge）是用來(lái)測(cè)量物體厚度的儀表。在工業(yè)生產(chǎn)中常用來(lái)連續(xù)測(cè)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(jì)；有利用超聲波頻率變化的超聲波厚度計(jì)；有利用渦流原理的電渦流厚度計(jì)；還有電容式厚度計(jì)等。而利用微波和激光技術(shù)制成厚度計(jì)，目前還處在研制、試驗(yàn)階段。

涂層測(cè)厚儀（下文統(tǒng)一簡(jiǎn)稱“測(cè)厚儀”）可測(cè)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(shí)驗(yàn)室中的精密測(cè)量，也可用于工程現(xiàn)場(chǎng)廣泛地應(yīng)用在金屬制造業(yè)、化工業(yè)、航空航天、科研開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域，是企業(yè)保證產(chǎn)品質(zhì)量、商檢測(cè)控、必不可少的檢測(cè)儀器。

2 工作原理

測(cè)厚儀一般采用電磁感應(yīng)法測(cè)量涂層的厚度。將處于工作狀態(tài)下的測(cè)量探頭放置于被測(cè)部件表面，因此產(chǎn)生一個(gè)閉合的磁回路，隨著移動(dòng)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(cè)量探頭與鐵磁性材料間的距離，該距離即所測(cè)的涂層厚度。

根據(jù)以上測(cè)量原理制成的測(cè)厚儀一般會(huì)分為以下五種類型：

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

磁性（磁阻式和磁力式）覆層厚度測(cè)量?jī)x和電渦流式覆層厚度測(cè)量?jī)x。

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

（3）超聲波測(cè)厚法：該類型測(cè)厚儀適用于多層涂鍍層厚度的測(cè)量或者前兩種方法都無(wú)法測(cè)量的場(chǎng)合。但一般價(jià)格昂貴、測(cè)量精度也不高，目前國(guó)外個(gè)別廠家有這樣的儀器，國(guó)內(nèi)暫時(shí)沒(méi)有投入生產(chǎn)。

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

（5）放射測(cè)厚法：此方法依據(jù)放射源檢測(cè)，并且儀器價(jià)格非常昂貴（一般在10萬(wàn)人民幣以上），適用于一些特殊環(huán)境，各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)要求相對(duì)較高，使用范圍相對(duì)狹窄。

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

3 涂層測(cè)厚儀常見(jiàn)故障及排除方法

涂層測(cè)厚儀的故障主要有示值顯示不穩(wěn)定、測(cè)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(lái)自儀器本身，也有被測(cè)工件的原因，還有就是來(lái)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(cè)厚儀示值顯示不穩(wěn)定的原因主要是來(lái)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(cè)厚儀，如果工件為導(dǎo)電體，我們就得選擇渦流涂層測(cè)厚儀。

再者，被測(cè)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(cè)厚儀的測(cè)頭對(duì)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(diǎn)就是：測(cè)量前清除被測(cè)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(shí)，所使用的基體表面也必須是清潔、光滑的。

如感覺(jué)測(cè)量結(jié)果偏差比較大時(shí)，請(qǐng)先用儀器配備的塑料校準(zhǔn)片做一輪測(cè)試，如偏離允許誤差較遠(yuǎn)則有可能是儀器本身出了問(wèn)題，需返廠檢修。在系統(tǒng)校準(zhǔn)時(shí)沒(méi)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(cè)量是不可靠的。

3.2 測(cè)量結(jié)果誤差大

探頭的放置方式對(duì)測(cè)量有很大影響，在測(cè)量中應(yīng)使探頭與被測(cè)件表面保持垂直。并且探頭的放置時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，以免造成基體本身磁場(chǎng)的干擾。測(cè)量時(shí)不要拖動(dòng)探頭，因?yàn)檫@樣不僅對(duì)探頭會(huì)造成磨損，也不會(huì)得到準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。

另外，基體金屬被磁化、基體金屬厚度過(guò)小、工件曲率過(guò)小、測(cè)量基座表面有銹蝕、測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)周圍有電磁場(chǎng)干擾等因素都有可能引起測(cè)量結(jié)果的異常，如果離電磁場(chǎng)非常近時(shí)還有可能會(huì)發(fā)生死機(jī)現(xiàn)象。

3.3 屏幕不顯示數(shù)據(jù)

最簡(jiǎn)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(cè)量還是不顯示數(shù)值，可以考慮是否有測(cè)頭及連線有松動(dòng)、斷開(kāi)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(shí)際工作中就碰到過(guò)因測(cè)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(cè)厚儀之所以能夠測(cè)量到微米級(jí)就因?yàn)樗軌虿扇〈磐康奈⑿∽兓阉D(zhuǎn)化成為數(shù)字信號(hào)。使用者在測(cè)量過(guò)程中如果對(duì)儀器不熟悉就可能使探頭偏離被測(cè)體，使磁通量發(fā)生變化造成錯(cuò)誤測(cè)量。使用者初次使用儀器時(shí)，要先認(rèn)真研讀說(shuō)明書，掌握好測(cè)量方法。

3.5 儀器自身發(fā)生故障

長(zhǎng)期處于工作狀態(tài)的測(cè)厚儀，極有可能發(fā)生震動(dòng)、跌落、等意外，或所處的工作環(huán)境有磁場(chǎng)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(diǎn)使用，導(dǎo)致儀器測(cè)量數(shù)據(jù)不可靠、屏幕數(shù)據(jù)顯示呈亂碼、甚至無(wú)法開(kāi)機(jī)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(shí)返廠維修，不得擅自拆機(jī)檢測(cè)。

因此，在使用測(cè)厚儀測(cè)量的時(shí)候要注意以下八點(diǎn)：

（1）在進(jìn)行測(cè)試的時(shí)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(cè)量的時(shí)候要注意側(cè)頭與試樣表面保持垂直。

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

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

（5）測(cè)量前要注意周圍其他的電器設(shè)備會(huì)不會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，如果會(huì)，將會(huì)干擾磁性測(cè)厚法的測(cè)厚儀。

（6）測(cè)量時(shí)要注意不要在內(nèi)轉(zhuǎn)角處和靠近試件邊緣處測(cè)量，因?yàn)橐话愕臏y(cè)厚儀對(duì)試件表面形狀的忽然變化很敏感。

（7）在測(cè)量時(shí)要保持壓力的恒定，否則會(huì)影響測(cè)量的讀數(shù)。

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

參考文獻(xiàn)

[1]JJG818-2005.磁性、渦流式覆層厚度測(cè)量?jī)x檢定規(guī)程[Z].

[2]GB/T4956-2003.磁性基體上非磁性覆蓋層 覆蓋層厚度測(cè)量 磁性法[Z].

[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(cè)量 渦流法[Z].

[4]JB/T8393-1996.磁性、渦流式覆層厚度測(cè)量?jī)x[Z].