该读本包括以下内容：利用磁感应法和电涡流法对覆层（涂镀层）厚度进行无损测量的原理、典型测量的应用介绍、型号规格的合适选择。

1、磁感应法和电涡流法适用于哪种覆层（涂镀层）的厚度测量？

磁感应法适用于铁磁性基材上（比如碳钢、铁）的非铁磁性覆层（涂镀层）的厚度测量。这样的覆层（涂镀层）包括刷漆、涂料、瓷釉、粘胶、玻璃层、镀铝、镀铅、镀铬、镀铜、镀锌、镀锡等。

通常，磁感应法又简称F模式，即，ferromagnetic（铁磁性的、铁磁体的）。

一般情况下，覆层（涂镀层）如果为以下介质则不可应用F模式测量：电解镀镍、氧化铁、钛及钛合金、碳化钨等。

电涡流法适用于导电但非导磁性基材上的非导电覆层（涂镀层）的厚度测量。常见的导电但非导磁性基材包括：铝、铝合金、铅、铜、锌、锡、不锈钢等；非导电覆层（涂镀层）包括：刷漆、涂料、瓷釉、粘胶、玻璃层、阳极电镀法的镀层、陶瓷层等。

通常，电涡流法又简称N模式，即，non-ferromagenetic（非铁磁性、非铁磁体的）。

2、磁感应法和电涡流法的工作原理
磁感应法工作原理：
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：
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？
  FN两用探头：

通常情况下，我们都是用单一的探头来测量确定的材质，即，明确知道基材是铁磁性的，使用F探头，明确知道基材是非磁性导电体，则使用N探头。但是，在有些情况下，无法实现确知基材的特性，这时我们将用到FN两用探头。

FN探头中间也有一个芯棒，采用特殊材料、特殊工艺，两个线圈非别加载低频交变电流和高频交变电流，这样，当探头靠近被测体时，会通过测量感应磁场的方式来辨析基材具备何种特性，从而使仪器自动启动相应的测量模式。

3、对探头使用的理解

对于磁感应法和电涡流法覆层（涂镀层）测厚仪而言，探头是关键部件，必须靠它产生电或磁的感应场，也必须靠它精确地采集感应信号，供仪器计算。因此，在实际应用中，正确使用探头往往是测值是否稳定和准确的关键。

——在测试前应使探头和被测部位保持洁净。我们知道，测量的原理就是利用基材和覆层（涂镀层）物理特性的差异（导磁与不导磁、导电与不导电）来实现测量，如果探头或被测部位有污物，而污物又有导电性或导磁性，这就有可能影响测量结果。
——探头端部通常都有一个塑胶件的支撑环，这首先是为了保证探头端部能够平稳地与被测部位接触。如果是测量圆柱形物体，我们可以利用支撑环的V型卡口“骑”在柱面上，从而使探头和被测部位的柱面（外圆弧面）平稳接触。
——探头产生感应场和采集感应信号都需要时间（尽管很短暂），因此，在测量时必须在听到“吡吡”的提示音或者看到稳定示值后方可将探头移离。
——如果要对同一部位连续测量，建议在前次测量后应将探头移离被测部位在25mm以上、并间隔半秒以上，然后在进行下次测量。否则尽管此次测值完成，但是探头离得太近、或间隔太短，会在基材表面残留感应场，从而影响同一部位的下次测量。
——当探头接触到的是未固化的覆层，可能会出现没有测值的现象。这是因为，这种情况下的接触，使得探头无法在基材上产生稳定的感应磁场或电涡流场，从而使得需要采集的信号不稳定。如果一个被采集的信号总在变化，不能稳定在0.5秒以上，则探头会不识别该信号。

4、关于校准
校准的含义有两个方面。
一个方面是，仪器自身的校准。
主要用于评价仪器的基本性能，比如，精度、线性等，这样的校准，通常借助标准试样。一套标准试样应该含有基准块、经标定过的涂层试片，成套标准试样应向有资质的独立第三方购买，当然，习惯做法是，由仪器生产商代为购买或是赠送。

另一份方面是，测量时的校准。
对仪器自身的校准，只是确认了仪器对感应信号捕捉的敏感、精确，但这并不代表这符合实际的测量情况。下面，我们借助一个对磁性基材上非磁性涂层的测量示意来说明这一点。
  先见图Fig.4

假如有一个标准试样，在一个磁性平板基体上有非磁性涂层，当探头接触到涂层表面上时，磁力线在探头的磁芯和基体间透过涂层透过“穿梭”，在图中，我们形象地描绘出了磁力线的分布。这种分布代表着，越靠近中心线，磁力线越短，磁感应强度越强，越远离中心性，磁力线越长，磁感应强度越弱。我们由此可以通过校准的方式得出一个平均感应强度来计算涂层的厚度。
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。会有什么样的变化的，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，在实际测量时，必须在实际工件上再做测量校准——如果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的话。
  当然，在很多情况下，实际工件的基材和物理特性与标准试样的基准块相差无几，或者我们能够判定，这种差异引起的测值误差在允许范围内，那么，可以不用进行测量校准。
  如何进行测量校准？
  a，严格的做法，应该是制作与实际工件几何形状一样的基准块，在其上覆盖与实际工件覆层厚度相同的覆层，以此为标样，进行校准。
  b，现实中，严格的做法既无可能、也非必要，变通的做法是，在实际工件上的某个部位去除覆层（但要保持几何形状不变），在裸露的基体上较零，然后将厚度与实际覆层厚度相近的标准涂层试片覆盖其上，进行一次试片厚度的校准。
  如果没有合适的涂层试片，只在裸露的基体上进行一次较零，亦在一定程度上保证实际测量的精度。
  c，更为简单的做法，如果我们确知实际工件的某个部位，其覆层厚度符合工艺要求，那么就在这个部位进行校准。当然，这也意味着，其它部位测量时的误差都将是以这个部位的覆层厚度值为基准的。
提示：对于方法a和b，该部位应离工件边缘至少5mm）

5、几种可供参考的典型应用

通过对原理的理解，我们明白，磁感应法和电涡流法测量覆层（涂镀层），其基础在于，基材和覆层在物理特性上的差异（导磁和不导磁、导电和不导电），如果不存在这样的差异，则测量不能实现。而磁场、电涡流场、感应磁场的分布，却又受到几何形状以及表面状况的影响。下面，我们就介绍几种典型的应用予以说明。
外凸面的覆层测量，见图Fig.6

通常会显示正偏差，当曲率半径小于一定值时，必须进行测量校准（铁磁性基材曲率半径小于20mm时，导电性基材曲率半径小于50mm时）。内凹面的覆层测量，见图Fig.7

通常会显示负偏差，当曲率半径小于一定值时，必须进行测量校准（铁磁性基材曲率半径小于25mm时，导电性基材曲率半径小于50mm时）
边缘部分的覆层测量，见图Fig.8

通常会显示正偏差，当A小于5mm时必须进行测量校准。
靠近侧壁的覆层测量，见图Fig.9

通常会显示负偏差，当A小于5mm时，必须进行测量校准。
凹槽底部的覆层测量，见图Fig.10

通常会显示负偏差，当D小于20mm时，必须进行测量校准。
极薄基材上的覆层测量，见图Fig.11

对于铁磁性基材，通常会显示正偏差，对于导电性基材，通常会显示负偏差。当T小于0.6mm时，必须进行测量校准。当T小于0.1mm（铁磁性基材）或者是小于0.01mm（导电性基材），无论是否校准，测量都不能实现。
喷丸表面上覆层的测量，见图Fig.16

a，对于Rz值小于20µm的喷丸面上的覆层测量。先在无覆层的基材上面测量十次进行较零，接着将涂层试片覆盖其上，测量五次进行校正，则测量校准完成，需要记住的是，即便完成了测量校准，在实际测量中，仍然必须多次测量取平均值。
b，对于Rz值大于20µm的喷丸面上的覆层测量。此时的情况较为复杂，需要先在同样材质的具有光滑表面（未喷丸处理）的基材上进行校准，接着在无覆层的喷丸表面上进行测量十次取平均值，然后再再实际工件的覆层上同样进行十次测量，再取平均值，这两个平均值之差的绝对值就是覆层厚度。
“软”覆层的测量

某些覆层质地比较软、比较疏松，探头接触上之后可能会有微小的凹坑，从而影响测量。此时可以将一个确知厚度的涂层试片覆盖其上，然后将探头放在这层试片上，得出值减去涂层试片的值即是覆层厚度值。提示：使用30～50µm的涂层试片较为合适。
“热”覆层的测量

某些情况下，不待完全冷却，就需要对覆层进行测量。此时的温度通常超过60℃，一方面，热量会传导给探头的树脂支撑环，我们知道，支撑环里面有线圈或磁芯，而它们所产生的感应场会因为过高的温度产生变化；另一方面，我们同样知道，基材本身的磁场和电涡流场也会因为温度的过高变化而产生细微的畸变。

因此，在这种情况下，我们要解决两个问题：一是尽量降低热量的传导，这里，我们可以用到高温护垫，将其安装在探头上；二是，需要更敏感的探头，以便辨析温度带来的基材本身的磁场或电涡流场的畸变。当然，这往往意味着仪器需要提供更高的精度。

6、时代覆层（涂镀层）测厚仪的主要型号规格:

项目	产品
型号	TT210	TT220		TT230		TT240	CT2000	TT260		CT2800
结构原理	FN两用探头一体式型	探头一体式F型（磁感应法）		探头一体式N型（电涡流法）		连线探头固定式，N探头	FN两用探头一体式型	连线探头插拔式，F探头和N探头可即插即用
精度	F：1µm±1%N：1.5µm±1%	1µm±1%		1.5µm±1%		1．5µm±1%	F：1µm±1% N：1.5µm±1%	F：1µm±1% N：1.5µm±1%
功能	统计、平均、存储、极值
可测表面温度	常温（建议不超过60℃）
数据通讯	可外接微型打印机							自带打印机，可与PC通讯	不带打印机,可与PC通讯
外形尺寸(mm)/重量(g)	110X50X23 100		150X55X23 150		152X74X35 370		110x 50x 23 100	270X86X47 530	1250X67X31 400
可选配的探头	探头不可选							探头可选

分享到： QQ空间新浪微博腾讯微博人人网