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測量原理與儀器
2013-04-10
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，所以磁性測厚儀應(yīng)用最廣。測厚儀基本結(jié)構(gòu)由磁鋼，接力簧，標(biāo)尺及自停機構(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。
這種儀器的特點是操作簡便、堅固耐用、不用電源，測量前無須校準(zhǔn)，價格也較低，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，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，儀器自動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)計引入穩(wěn)頻、鎖相、溫度補償?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)計的集成電路，引入微機，使測量精度和重現(xiàn)性有了大幅度的提高（幾乎達(dá)一個數(shù)量級）。現(xiàn)代的磁感應(yīng)測厚儀，分辨率達(dá)到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，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。這個反饋作用量表征了測頭與導(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。
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