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无损检测涂层厚度的原理——磁感应法、电涡流法

 来源:东方嘉仪 www.3017.cn  点击:

无损检测涂层厚度的原理:

1、磁阻法

2、磁感应法——利用基材和覆盖层在导磁性上的差异(基材为铁、钴、镍覆盖层为非磁性介质)

3、电涡流法——利用基材和覆盖层在导电率上的差异(基材为强导电性覆盖层无导电性)

本文只讨论磁感应法、电涡流法。


【磁感应法】

工作原理图见图Fig.1

磁感应法所用的F探头中间是一个铁磁性的磁棒(我们称之为磁芯)其上绕有两段线圈上面一段为励磁线圈下面一段为感应线圈。

如果给励磁线圈加载一个低频交变电流就会产生穿过励磁线圈的一个交变磁场而磁芯正好处在这个磁场中此时如果将磁芯靠近另一个铁磁性物体我们知道磁铁相吸的原理因此磁芯越靠近这个铁磁性物体则穿过磁芯的磁场强度就越强而磁场的强弱变化就会在下端的那个感应线圈中产生一个感应电流这个感应电流的电压V,其大小将随着磁场强弱变化而变化、实际上也就是随着磁芯离那个铁磁性物体的远近而变化并且这个电压V的大小和磁芯离那个铁磁性物体的远近(也就是距离)存在可计算的关系。

因此我们可以通过测量这个电压V的大小来计算磁芯和那个铁磁性物体之间的的距离如果那个铁磁性物体上有覆层、而磁芯又密切接触在覆层上这个计算出来的距离不正是覆层的厚度吗?


【电涡流法】

工作原理图见图Fig.2

电涡流法所用的N探头没有中间的磁棒而且只有一个中空的感应线圈。当给这个感应线圈加载一个高频交变电流就会在感应线圈的中间产生一个感应磁场。

当这个加载了高频交变电流的线圈靠近一个非磁性的导电体时会在这个导电体上产生一个交变电流场我们称之为电涡流场。而这个电涡流场又会在空间产生一个交变电磁场其磁场方向始终与感应线圈产生的感应磁场方向相反并因此削弱感应磁场的强度这就导致了感应线圈的感应系数K的变化。

感应线圈离那个非磁性的导电体的远近决定了导电体上产生的电涡流场的强弱。电涡流场的强弱,又决定了它所引发的交变电磁场的强弱而交变电磁场的强弱又影响了感应磁场的强弱、也因此决定了感应线圈的感应系数K的大小。

也就是说感应系数K值的大小与感应线圈离导电体的远近存在可计算的关系。因此我们可以通过测量这个感应线圈的感应系数K的大小来计算感应线圈和那个非磁性导电体的距离。如果那个非磁性导电体上有覆层、而感应线圈又密切接触在覆层上这个计算出来的距离不正是覆层的厚度吗?

以磁感应法为例见图Fig.4

如果基材仍然是平板状的只是涂层的厚度产生变化我们不难想象磁力线的整体长短会随着涂层厚度的变化而变化但是其分布却是一致的也即是说中心线上的磁力线长度和边缘的磁力线长度的比例是始终不变的因此我们只需依据磁力线整体的变长、变短即可以计算出涂层厚度的变化来。

但是如果实际测量时基体的几何形状变了比如变成了圆柱体但涂层厚度不变。磁力线会有什么样的变化呢?我们来看看图Fig.5

我们注意到越靠近边缘与在平板基体上的试验相比磁力线的拉长现象就越明显这就意味着这种情况下感应强度的平均值必然与我们从平板基体上试验得来的值不相等。

电涡流法与此有可以类比之处:在平板上的电涡流和柱体上的电涡流分布也是有差异的!

由此可以得出结论:尽管仪器可能已经在标准试样上校准了保证了仪器(探头)对感应信号采集、计算的敏感性、准确性但是,便携式风速仪在实际测量时由于实际工件的几何形状、基材的物理特性与标准试样的基准块存在差异因此测量仍然会出现偏差。

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