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涡流法测量涂层厚度

振幅敏感涡流法测量及其主要影响因素

依据标准ISO 2360,用振幅敏感涡流法可以无损地测量涂层厚度。 前提是基底材料导电但无磁性:如铜或铝等金属作为基底适用此方法。涂层本身必须是绝缘的,例如油漆层或塑料层。涡流法的主要应用之一是测量铝表面的阳极氧化膜。 

物理原理及主要影响因素

根据振幅敏感涡流法进行测量的探头具有铁素体磁芯。通有高频交变电流的线圈绕在这个磁芯上,并在线圈周围产生高频交变磁场。

当探头靠近金属时,会在金属中产生交变电流(也称“涡流”)。该涡流反过来又会产生另一个交变磁场。由于第二个磁场方向与初始磁场方向相反,所以初始磁场被削弱,削弱的程度取决于探头和金属之间的距离。对于涂层样品,这个距离正好就对应了涂层的厚度。

测量过程中需要注意的事项

所有的电磁测量法都是通过比较的方法。也就是将测量信号与存储在设备中的特征曲线进行比较。为了得到正确的结果,特征曲线必须与当前条件相匹配,可通过校准来实现。 

正确的校准才是关键!

涡流法测量的影响因素有:样品的电导率、形状、尺寸、以及表面粗糙度。当然,仪器的正确操作也至关重要!

电导率的影响

材料的电导率会影响涡流在其中的感应程度。不同种类的合金或不同的金属加工方式,其电导率都会有很大不同,温度的变化也会导致电导率发生变化。为了尽可能简化校准工作,Fischer的涡流探头具有电导率补偿功能。只需要在对应的材料上进行正常化校正(即零点校正),它们就能在很广的电导范围内提供正确的测量结果。

曲面的影响

实际上,大多数测量误差是由于样品的形状造成的。对于曲面,通过空间的磁场比例是不同的。例如,在平板上校准仪器,在凹面上测量会导致测量结果偏低,而在凸面上测量会导致测量结果偏高。 这种方式造成的误差可能是实际值的数倍! 

曲面的影响

直接以曲面样品进行校准是个不错的方法。但即这里,Fischer有一种省时省力的方法:曲率补偿探头。 使用这种特殊的探头,即使仪器是在平板上校准的,在半径大于等于2毫米的曲面上进行测量时也没有偏差。

小样品或薄样品的影响

如果样品很小或很薄,也会产生类似的效果。 在这种情况下,磁场同样会延伸到样品之外的空间区域,从而影响测量结果。 为避免这些误差,应始终在无涂层的实际工件基材上进行校准。 

粗糙度的影响

对于粗糙表面,测量结果可能会失真,这取决于探针是放置在粗糙轮廓的“谷”还是“峰”上。这样的测量结果差异会很大,建议通过多次重复测量取平均值来得到一个稳定的结果。 一般来说,只有当涂层厚度至少是粗糙度峰值的两倍以上时,在粗糙表面上测量涂层厚度才有意义。 

为了获得更好的精度,Fischer提供了大触点的探头以及双触点探头。这些探头能覆盖粗糙表面,从而减少了测量值的离散性。 

操作人员的影响

最后重要一点,仪器的操作方式也是一个主要的影响因素。确保探头始终垂直接触被测面,且不受外力。为了获得更准确的测量值,还可以借助测量台来使探头自动接触样品。

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