几种测厚仪器的研究现状及其应用

　　随着科学工程技术与社会化大生产的快速发展，工业生产对产品厚度的测量与质量控制提出了更高的要求，诸如要求在线、动态、实时、非接触等，这就促使科技人员利用先进的理论与检测技术，研制更高效、准确的智能在线测厚仪器.目前，在国内已经成功研制了差动变压器式、电涡流式、电容式、电感式、超声波式、激光式、射线式等几种测厚仪器，部分已经投人了工业生产应用，而且取得了很好的实际生产效果，还有一些正在进行更深层次的研究，以针对实际生产中的问题取得更好的控制效果.

　　1 工作原理及其应用

　　根据工作原理的不同，测厚仪一般有以下几种.

　　1 . 1 差动变压器式测厚仪

　　差动变压器式测厚仪一般由2 个电子传感器一起操作，测厚仪工作时，它们分别从上方及底部对正在运行的带材进行扫描，其中一个末端会因带材厚度发生变化而被推开或彼此靠近，而其末端套有钻石头作为测量端头，故不会在带材上留下任何痕迹.它们的另一个末端各与差动变压器的衔铁相连，钻石头在带材表面滑动，测量端头的撞击通过感应被测出来.最终，传感器间的这些变化被传到测量放大器.两信号经叠加，将测量结果与预先设定的标准尺寸相比较，其偏差可在测量放大器显示仪上直接读出.若所需材料厚度与标准厚度相符，则显示“0”. 测厚仪装有一个步进电机，由它带动传感器上的千分尺沿螺纹转动，使其调节到预设标准厚度.

　　差动变压器式测厚仪常用在金属压力加工工业中，实现压力加工物件的在线接触式测量，如在轧机高速轧制过程中，连续测量带材厚度.

　　1. 2 电涡流传感器测厚仪

　　其测厚原理如图l 所示.图中L1为发射线圈，L2为接收线圈，M 为被测金属箔材(其厚度为k ) . 当音频振荡器产生的电压u1加于L1两端时，线圈L1中即流过一个同频率的交流电流并在其周围产生一交变磁场.若两线圈间不存在被测体M , L1的磁场就能大部分贯穿L2，于是L2的两端会感生出一交变电动势u2，它的大小与u1的幅值、频率以及L1、L2的匝数、结构及相对位置有关.若这些参数都被确定，那么感应电动势u2就是一恒定值。

　　若在2 个线圈L1和L2之间放置一金属箔片M ，此时L1产生的磁力线必然切割M ，并在其中产生电涡流i，该电涡流损耗部分磁场能量，使到达L2的磁力线减少，从而引起感应电动势u2下降.

　　由趋肤效应知，涡流的渗透深度可由下式决定：

　　t = 5000 (ρ/(μs f ))1/2

　　其中：ρ为被测金属箔材的电阻率;μs为被测金属箔材的相对导磁率;f为交变磁场的频率;t 为电涡流的贯穿深度.理论分析和实验结果证明，u2 ∝ d (-h/t) ，而t 又与(ρ/f )1/2 成正比，所以接收线圈L2的电压u2 随被测材料厚度k 的增大按指数规律下降，可见，u2的大小反映了M 的厚度，这就是电涡流测厚仪测厚的理论依据.