Измерение толщины неферромагнитных электропроводящих покрытий на неферромагнитных электропроводящтх основаниях

Выше описывалось применение для решения указанных задач вихретокового фазового метода. Основным отличием вихретокового частотного метода от фазового, применительно к данным задачам, является более высокие частоты возбуждения при том же размере чувствительного элемента преобразователя.

Параметрический преобразователь, предназначенный для измерения толщины электропроводящих покрытий, в отличие от аналогичного, предназначенного для измерения толщины диэлектрических покрытий, должен иметь меньшее значение обобщенного параметра b, не превышающее 60. Также следует учесть, что большинство задач этой группы – это измерение толщины гальванических покрытий, толщиной не более 15…20 мкм. Это означает, что диаметр преобразователя должен быть настолько малым, насколько это возможно при используемых технологиях изготовления.

Принципы расчета оптимальной частоты возбуждения преобразователя идентичны фазовому методу, но со следующими отличиями:

- оптимальное значение обобщенного параметра b необходимо принимать равным не 5, а порядка 60;

- частоту возбуждения преобразователя, поскольку она изменяется при изменении толщины покрытия и зазора, для расчета брать соответствующей положению преобразователя на непокрытом основании (без диэлектрического зазора).

На рис. 2.84 изображен годограф изменения импеданса преобразователя при изменении обобщенного параметра b (как функции электропроводности полупространства).

Рис. 2.84. Годограф изменения импеданса частотного преобразователя при изменении обобщенного параметра b

На рис. 2.84 не изображены годографы изменения импеданса преобразователя при изменении толщины электропроводящего покрытия по той причине, что эти линии практически сливаются с представленным годографом.

В случае применении частотного (параметрического) метода у преобразователей отсутствует отстройка от зазора. При возникновении (увеличении) зазора между преобразователем и поверхностью объекта контроля в пределах 10 мкм может возникать погрешность показаний в пределах 20…50 мкм, в зависимости от электропроводности покрытия. То же можно сказать и о влиянии наклона преобразователя. Для обеспечения достаточной, для практического применения преобразователя, чувствительности необходимо, чтобы отношение значений электропроводностей было

s_П/s_осн > 2 или s_П/s_осн < 0,6.

Рассмотрим пример измерения толщины серебряного покрытия на латунном основании.

Электропроводность латуни Л-63 s_осн = 9,3 МСм/м, электропроводность серебра s_П = 60 МСм/м. Отношение s_П / s_осн » 6,5. Конструктивный заданный радиус преобразователя 2 мм. При b = 60 оптимальная частота f » 12,3 МГц. Конструктивно ограниченная частота возбуждения 7,8 МГц, при этом b » 48. Исходя из формулы (2.9) максимальная глубина проникновения вихревого тока d » 24 мкм.

Одним и тем же преобразователем возможно измерение толщины медных и серебряных покрытий не только на латуни Л63, но и на латуни других марок, бронзах (не железистых, не обладающих ферромагнитными свойствами) и других сплавах, электропроводность которых меньше 30 МСм/м.

На рис. 2.85 изображен график зависимости частоты преобразователя от толщины серебряного покрытия на основаниях из латуни Л-63, ЛС-59 (градуировочные характеристики).

Рис. 2.85. График зависимости частоты преобразователя от толщины серебряного покрытия (градуировочные характеристики).

Следует обратить внимание, что в отличие от фазового метода, при применении частотного (параметрического) метода не наблюдается «мертвой зоны» в области малых толщин покрытия. Это связано с тем, что при указанных значениях параметра d размер «мертвой зоны» уменьшается настолько, что её существованием можно пренебречь.

При частотном (параметрическом) методе необходимо соблюдать строгую перпендикулярность установки преобразователя к поверхности контролируемого объекта, не допускается наличие загрязнения и шероховатости большей, чем половина допускаемой погрешности измерений. Таким образом, контроль возможен только на деталях с ровной плоской поверхностью или с достаточно большим радиусом кривизны при обеспечении перпендикулярности установки.

Рассмотрим пример измерения толщины покрытия олово-висмут на латунном основании.

Электропроводность покрытия О-Ви s_П » 8 МСм/м (колеблется в зависимости от качества используемого сырья и технологии), электропроводность латуни Л-63 s_осн = 9,3 МСм/м. Отношение s_П / s_осн » 0,9 – недостаточно для обеспечения метрологических характеристик. Это говорит о том, что данная задача существующими способами не выполнима, однако покрытие О-Ви наносится и на другие марки латуни, например ЛС-59, электропроводность которой s_осн = 15,4 МСм/м. В данном случае отношение s_П / s_осн = 0,53 – вполне достаточное.

Конструктивный заданный радиус преобразователя 2 мм. При b = 60 оптимальная частота f » 7,4 МГц. Исходя из формулы (2.1.9) максимальная глубина проникновения вихревого тока d » 51 мкм.

Одним и тем же преобразователем возможно проводить измерение толщины покрытия О-Ви не только на латунном, но и на медном основании. При переходе с одного основания на другое следует произвести калибровку толщиномера. На рис. 2.86 изображены графики зависимости частоты преобразователя от толщины покрытия О-Ви на основании из меди и латуни ЛС-59 (градуировочные характеристики).

Рис. 2.86. График зависимости частоты преобразователя от толщины

покрытия О-Ви (градуировочные характеристики)

Приведенные выше алгоритмы и схемы реализованы в толщиномерах «Константа К5» и «Константа К6».