Параметры устройства, измеряющего толщину покрытия объекта и его метрологические характеристики

 

Введение

Целью курсового проекта является изучение параметров устройства измеряющего толщину покрытия объекта и его метрологические характеристики. В результате намеченной работы мы должны из существующих методов по измерению толщины покрытия, выбрать наиболее подходящий, провести метрологическую аттестацию измерительного канала и пояснить своё решение. Произвести статистическую обработку результатов многократных измерений, с последующим нормированием погрешности устройства.

1. Обзор существующих методов и средств измерений расстояния

.1 Общие понятия и определения

«Основание»- поверхность на которую нанесена краска, пластик, гальваническое покрытие. «Покрытие» - краска, полимер, гальваническое покрытие и т.д. нанесенный на основание , т.е. объект, толщину которого измеряет толщиномер покрытий. «Мера толщины» - образец имитирующий толщину покрытия. Изготавливается из неметаллической пластины (пленки) известной толщины. «Калибровка» магнитного толщиномера - настройка толщиномера на данное основание. Настройка ведется на тип материала основания ( например сталь 3 или сталь 45) и на радиус основания (толщиномер откалиброванный на плоское основание не будет правильно работать на трубе, ребре швеллера и прочем). Для измерения толщины покрытия используют толщиномер. «Толщиномер <#"justify">·механические;

·электромагнитные;

·ультразвуковые;

·магнитные;

·вихретоковые.

1.2 Механические толщиномеры покрытий

Когда толщина покрытия должна измеряться в опасных окружающих условиях, предпочтение отдается механическому толщиномеру покрытия. Они работают без батарей и могут применяться в присутствии взрывоопасных газов и даже под водой. Все механические толщиномеры могут замерять только на железных подложках. Механические измерители понемногу уходят в прошлое, т.к. такой вид техники устарел, а также из-за того, что в основном требует разрушения покрытия для его замера. Также они становятся архаичными из-за своей неточности. Механический толщиномер Elcometer 211 представляется идеальным вариантом. Этот прибор, работая без батарей, может использоваться во взрывоопасных средах, на удаленных объектах, где невозможно приобретение батарей и даже под водой. Все механические толщиномеры покрытий выполняют измерения только на основаниях из черных металлов.

Прибор прост в использовании. Для выдвижения постоянного магнита к поверхности необходимо повернуть дисковый переключатель. Медленно поворачивайте его в обратном направлении до тех пор, пока магнит не отстанет от поверхности, и посмотрите на полученое показание толщины.211 идеально подходит для проверки толщины покрытий под водой, при низких температурах, толщины нагретых покрытий. Особенности:

·Возможность калибровки пользователем.

·Эталонные пленки для калибровки в комплекте.

Небольшие размеры и вес. Характеристика:

Модель: Elcometer 211.

Питание: Без батарей.

Точность: 2,5 мкм.

Диапазон измеряемых толщин: От 0 до1000 мкм / от 0,25 до 1,8 мм /от 0,65 до 6 мм.

Материал основания: только магнитные металлы.

1.3 Электромагнитные толщиномеры

В приборах данного вида для измерений используются как магнитная индукция <#"justify">·неферромагнитные диэлектрические и электропроводящие (гальванические, лакокрасочные, плакирующие, порошковые, пластиковые и др.) покрытия на металлических ферромагнитных основаниях;

·диэлектрические (лакокрасочные, порошковые, анодноокисные и др.) на электропроводящих неферромагнитных основаниях;

·битумные и другие специальные покрытия толщиной до120 мм на металлических изделиях;

·покрытия из цветных металлов на изделиях из цветных металлов;

защитные покрытия внутри труб. Контролируемые параметры:

·шероховатость поверхности после пескоструйной обработки;

·толщина бетона до арматуры и контроль ее расположения;

·электропроводность неферромагнитных металлов;

·толщина металлических неферромагнитных листов;

·влажность и температура воздуха, точка росы и температура металла.

Технические характеристики:

Таблица 1 Технические характеристики устройства

ХарактеристикиЗначения Диапазон измерений Т 0 -120 мм Основная погрешность, не более 1 - 2 % от измеряемой величины Число преобразователей до 16 Число ячеек памяти 500 - 10000 Связь с ЭВМ IBM PC канал связи RS232С Температурный диапазон: · для прибора от -10 °С до +40 °С· для преобразователей от -40 °С до +70 °С Габариты 150Ч80Ч30 мм

Особенности: наличие режимов автокалибровки и самотестирования, большое число износостойких преобразователей различного назначения, отсутствие температурного и временного дрейфа показаний, возможность запоминания настроек на конкретные детали и материалы и хранения результатов контроля, связь с ПК, автоматическое выключение после окончания работы.

1.4 Ультразвуковые толщиномеры

Отраженное эхо ультразвукового импульса используется для измерения толщины покрытий на неметаллических поверхностях (пластик, дерево и т.д.) без повреждения покрытия. Зонд инструмента имеет ультразвуковой датчик, который посылает импульс через покрытие. Импульс отражается от поверхности и преобразуется датчиком в высокочастотный электрический сигнал. Эхо сигнала оцифровывается и анализируется для определения толщины покрытия. В некоторых случаях могут быть измерены отдельные слои многослойной системы покрытия.

Типичная погрешность составляет 3%. Точные ультразвуковые толщиномеры <#"justify">·- нормальный режим (значение толщины индицируется большими цифрами в центре экрана);

·- Mini Scan (индицируется минимальное значение толщины при прохождении преобразователя по поверхности стенки изделия);

·- Maxi Scan (индицируется максимальное значение толщины);

·- DIFF/RR% (измеренное значение сравнивается с номинальным значением толщины, заранее определяемым пользователем, разность двух значений отображается в %);

B-Scan (графическое отображение минимальных толщин, В-развертка, строится по измерению и записи 1 точки в секунду). Возможность обновления. Серия толщиномеров DM5E предлагает гибкие технические решения, которые легко обновляются в соответствии с меняющимися задачами измерения. Купив толщиномер DM 5E, Вам не потребуется высылать его обратно для обновления дополнительными функциями! Серия толщиномеров DM5E обновляется на месте режимом Dual Multi или функцией регистрации данных (DL). Надежность измерений. Хотя толщинометрия считается достаточно простой задачей контроля, исследования показали, что существует риск ошибочности измерений. Неверные настройки прибора могут привести к ошибкам в результатах. Новая серия толщиномеров DM5E предлагает надежный и "умный" интерфейс, а также парольную защиту меню пользовательских настроек, что позволяет заблокировать важные значения настроек и функций. В результате Вы больше не получите ошибочных результатов, как следствие неверной калибровки или случайного изменения конфигурации.

Технические характеристики толщиномера DM5E: Диапазон измерений: зависит от преобразователя и материала, 0.60 мм - 508 мм от зондирующего импульса до 1го донного эхо-сигнала; 2.00 мм - 127.0 мм в режиме Dual-Multi, при толщинах покрытия от 0,30 мм до 2,50 мм Разрешение измерений: 0.01 мм по умолчанию, выборочный 0.01, 0.1 мм Скорость звука: 0.508 - 18.699 мм/мс

Разрешение скорости в материале:1м/с

Единицы измерения: дюймы, мм

Калибровка: по одной точке, по двум точкам, на образце и в воздухе

Генератор импульсов:

импульс возбуждения: остроконечный, напряжение 120В с нагрузкой 50 Ом, при использовании осциллографа 20 МГц

Приемник: ширина полосы прозвучивания 500кГц - 12МГц (-3дБ), автоматическая регулировка усиления

Дисплей: ЖК-индикатор высокого разрешения, 64х128 пикс. 53.0 мм х 27.0 мм с подсветкой и настройкой контрастности

Частота обновления: 4Гц или 8 Гц, выбираемая пользователем, 24Гц скорость в режиме сканирования Индикация значений толщины: NORMAL (нормальный режим) - 5 цифр, высота 10.6 мм, В-SCAN (В-развертка) - 5 цифр, высота 2.55 мм Индикация последнего результата: жирные или полые цифры означают, соответственно, наличие или отсутствие акустического контакта Питание: 2 батареи типа АА Продолжительность работы от батарей: прим. 60 ч Типы отключения:

по выбору: ALWAYS ON (всегда включен) или AUTO OFF (автовыкл.) после 5, 10, 15, 30 мин. бездействия

Устройства ввода/вывода: преобразователь: двойной Lemo 00, выход на ПК: Mini-USB

емпературы :

рабочая температура: - 10…+50 °С, температура хранения -20…+60 °С

Память данных: 50,000 значений в сеточных файлах, до 50,000 рядов, до 223 колонок.

Масса: 223 грамм с батареями

Габариты:138 мм х 32 мм х 75 мм

1.5 Магнитные толщиномеры

Действие магнитных (магнитоиндукционных) толщиномеров покрытий основано на влиянии толщины покрытия на магнитное сопротивление магнитной цепи: основание - покрытие - датчик. Магнитный толщиномер покрытий показывает на дисплее расстояние от поверхности наконечника датчика до металла, измеряя, таким образом, толщину любых неферромагнитных покрытий, будь то пластик, резина, краска, цветные металлы и т.д., которые нанесены на металлическое ферромагнитное основание (железо, сталь ). Магнитный толщиномер способен определять толщину покрытия нанесенного только на ферромагнитное основание. Определить, будет ли работать магнитный толщиномер на данном основании можно с помощью обычного магнита - основание должно притягиваться к магниту достаточно сильно, так чтобы притяжение ощущалось.

Примеры допустимых сочетаний основания и покрытия для применения магнитного толщиномера.

·Основание- сталь 3. Покрытие- краска. Измеряется толщина краски.

·Основание - сталь 45. Покрытие - хром. Измеряется толщина хромового покрытия .

·Основание - оцинкованная сталь 10 . Покрытие- краска. Измеряется суммарная толщина цинкового покрытия + краски.

Примеры недопустимых сочетаний основания и покрытия для применения магнитного толщиномера.

·Основание - пластик, дерево. Покрытие - краска.

·Основание - алюминий, медь. Покрытие - краска.

Основание- сталь 3. Покрытие - незастывшая краска. Объект контроля не должен быть меньше определенной величины, приведенной в технических характеристиках магнитного толщиномера. Эта величина (диаметр зоны контроля) обычно равна 8мм и больше. В результате измерение покрытий мелких объектов (например винт М3) невозможно. Имеется ряд задач, когда требуется проводить измерение покрытий на торце плоской детали. Примером может служить измерение толщины хромового покрытия на компрессионных кольцах двигателей внутреннего сгорания. Для решения такой задачи служит магнитный толщиномер МТ-201К, оснащенный специализированным двухточечным преобразователем. Для установки и фиксации компрессионных колец в процессе измерения, толщиномер МТ-201К также комплектуется измерительным столиком. Отдельные типы покрытий могут измеряться магнитным толщиномером некорректно. Это прежде всего покрытия со слабыми ферромагнитными свойствами, например слой никеля, или краска, в которой присутствуют частицы железа (окраска проведена по ржавчине). «Мягкие» покрытия - например поролон, сильно деформируются при установке на них датчика магнитного толщиномера и показания будут искажены. Толщина основания не должно быть менее определенной величины (например менее 0.5мм), в противном случае будет снижаться точность измерения. Основание не должно состоять из нескольких тонких (менее 0.2мм) ферромагнитных (железных) пластин или тонкой (0.2мм) и прижатой к ней изнутри толстой пластины. При таком сочетании происходит проникновение магнитного поля сквозь тонкую наружную пластину на внутреннюю толстую, и показания толщиномера в таком месте будут некорректны (например, фактическая толщина покрытия в 100мкм на пластине толщиной 0.2мм в месте прилегания к швеллеру индицируется как 28мкм). Радиус основания не должно быть менее определенной величины (менее 5мм), в противном случае будет снижаться точность измерения. В каких случаях калибровка магнитного толщиномера обязательна?

·Материал основания сильно отличается по магнитным свойствам, например сталь 3 и сталь 45.

·Основания сильно отличаются по радиусу, например плоская поверхность и пруток радиусом 10мм.

Основание из тонкого листа ( 0.2мм-05мм) и толстого (5мм). В то же время для ряда практических применений калибровку на однотипные объекты контроля можно не применять. Например, при поиске перекрашенных мест на автомобиле, достаточно провести калибровку на образце основания из стали 20 входящего в комплект поставки магнитного толщиномера покрытий МТ-101. При использовании магнитного толщиномера требуется калибровка. Калибровка должна проводиться на образцах соответствующих по материалу, радиусу, (при «тонких» основаниях дополнительно и по толщине основания) объекту контроля. Что делать, если материал основания неизвестен и к нему нет доступа (вся поверхность объекта контроля окрашена)? Необходимо провести измерение с помощью дополнительной контрольной меры толщины: Провести измерение без калибровки на объекте контроля ( толщиномер предварительно калибруется на образце входящем в его комплект поставки) и запомнить полученный результат, например 100мкм. Взять меру толщины, примерно соответствующую полученному результату (например лавсановая пленка из дискеты 3.5 имеет толщину около 80мкм, в крайнем случае подойдет обычная бумага А4, толщину которой предварительно необходимо измерить толщиномером). Меру толщины наложить на место проведенного измерения и замерить суммарную толщину краски и меры (100 мкм +80мкм). Если показание толщиномера соответствует ожидаемому результату (100+80=180мкм, то можно считать, что измерения на данном объекте контроля проводятся корректно. В противном случае потребуется изготовить образец основания, соответствующий материалу объекта контроля. Окрашиваемая поверхность может иметь очень разное качество. Поверхности холодно- катанного листа без следов коррозии, листовая сталь подвергшаяся дробеструйной обработки и трубы после эксплуатации будут измеряться с разной степенью точности. В паспорте на толщиномер приведена формула, учитывающая погрешность измерения от шероховатости поверхности объекта контроля. В целом, чем больше шероховатость, тем меньше точность измерения. Если толщина лакокрасочного покрытия и неровность поверхности одного порядка (выполнена окраска сильно корродированного основания), то результаты измерения могут отличаться очень значительно от расчетного значения толщины лакокрасочного покрытия.

Назначение и область применения.

. Магнитный измеритель толщины покрытий МТ-101 (далее по тексту толщиномер) предназначен для измерения толщины немагнитных покрытий (лаки, краски, пластик, цинк, хром и т.п.), нанесенных на металлическое магнитное основание (например, углеродистые стали марок Ст3, Ст10, Ст20, Ст30). В толщиномере используется микропроцессор, с помощью которого осуществляется управление работой всех элементов схемы и измерение. Диапазон измеряемых толщин покрытий от 10 до 2100 мкм. Толщиномер может применяться в лабораторных и цеховых условиях предприятий машиностроения, энергетики, радиоэлектроники и др. отраслей.

. Контроль обеспечивается при выполнении следующих условий:

·расстояние от края преобразователя до края основания не менее 10 мм; толщинометр измерение расстояние ультразвуковой

·толщина основания - не менее 0,5 мм;

·значение шероховатости контролируемой поверхности основания и покрытия не более Rz=80 мкм;

·радиус кривизны поверхности объекта контроля не менее 20 мм;

·температура объекта контроля соответствует температуре окружающей среды.

. Измерение осуществляется путем установки преобразователя (датчика) на контролируемую поверхность без дополнительных зазоров. Способ сканирования поверхности контролируемого изделия - ручной, путем перестановки датчика без скольжения его на контролируемой поверхности.

Основные технические характеристики

Таблица 2 Основные характеристики устройства МТ- 101

Технические характеристикиMT-101MT-101MДиапазон измеряемых толщин10 - 2100 мкм50 - 5000 мкмОсновная погрешность5%Питание:1 батарея типа "Крона"Время непрерывной работы от одной батареи25 часовДиапазон рабочих температур0...40Габаритные размеры (без преобразователя)120x60x25 мм

1.6 Вихретоковые толщиномеры

Принцип работы Вихретоковых толщиномеров покрытий основан на наведение вихревых токов Фуко в материале основания. В датчике вихретокового толщиномера расположена передающая катушка, которая излучает радиочастотные колебания. В результате в материале основания наводятся токи Фуко. Чем больше расстояние от катушки до основания, тем меньше величина этих токов. Величина токов также зависит от электрического сопротивления материала основания. Обычно вихретоковые толщиномеры применяются для измерения толщины неметаллических покрытий на основани из цветных металлов. Основания из черных металлов имеют ненормированное сопротивление, в результате на таких основаниях появляется очень большая погрешность измерения и применение вихретоковых толщиномеров становиться невозможным. Совместное применение магнитного и вихретокового толщиномеров позволяет определить толщину комбинированного покрытия , нанесенного на ферромагнитное основание. Например, в случае оцинкованной стали с нанесенной краской, можно магнитным толщиномером замерить толщину покрытия краска + цинк, а вихретоковым толщиномером замерить толщину краски (цинковое покрытие будет служить основанием для вихретокового толщиномера). Ограничения в применении вихретоковых толщиномеров. Ограничения в применении вихретоковых толщиномеров в части минимального радиуса основания, его шероховатости и толщины аналогичны магнитным толщиномерам. При этом добавляется еще влияния скин - эффекта. Чем выше рабочая частота вихретокового толщиномера, тем меньше глубина проникновения в основание токов Фуко. В некоторых случаях это позволяет работать с очень тонким основанием, но в других случая этот фактор имеет отрицательное значение. В результате для разных задач требуется применение вихретоковых толщиномеров с разной рабочей частотой. В целом применение магнитных и вихретоковых толщиномеров для измерения толщины лакокрасочных покрытий обусловлено из способностью проводить измерения с высокой точностью в диапазоне 1 - 1000мкм. Ультразвуковые толщиномеры работают в диапазоне, который сдвинут в сторону больших величин и для их работы требуется применение контактной жидкости. Назначение:

Вихретоковый толщиномер покрытий предназначен для измерения толщины неметаллических покрытий (краска, эмаль, пластик и т.д.) на немагнитном основании (алюминий, медь, титан) - Имеется режим "HOLD" - удержание последнего измеренного значения - Автоматическое выключение питания через 20 минут Технические характеристики:

Диапазон измеряемых толщин 5 - 1100 мкм Основная погрешность 3% Питание 1 батарея типа "Крона" Время непрерывной работы от одной батареи 25 часов Диапазон рабочих температур 0...40 Габаритные размеры (без преобразователя) 156x83x30 мм 1.3 Выбранный метод измерения

В результате проделаной работы можно сделать вывод что для точного определения толщины покрытия от 0 до 2 мм лучше всего подходит ультразвуковой толщиномер. Ультрозвуковой толщиномер способен определять толщину покрытия на всех видах основания и его показания отражают данные с достаточно малой погрешностью. Также ультразвуковые толщинометры позволяют измерить коррозийный слой. Особенности ультразвуковой толщиномер А1210:

·толщиномер А1210 имеет цветной высококонтрастный TFT дисплей;

·режим А-скан с возможностью сохранения кадров;

·ультразвуковой толщиномер А1210 может производить измерение толщины металлических конструкций через изоляционное покрытие в режиме А-скан;

·энергонезависимая память на 50 000 результатов измерений, включая 4000 А-сканов;

·связь с ПК по USB;

·автоматическое регистрирование минимального и максимального значения при многократных измерениях или при сканировании объекта контроля;

·автоматическое измерение скорости распространения ультразвуковой волны по образцу с известной толщиной;

·ультразвуковой толщиномер А1210 имеет возможность установки границ диапазона измерений с индикацией превышения заданных границ - цветовая, звуковая, вибрационная сигнализация;

·проведение измерений с индикацией остаточного ресурса толщины объекта контроля измеряемого в %;

·шкала глубиномера - визуальное представление измерения толщины.

Вспомогательные функции ультразвуковой толщиномер А1210:

·встроенная библиотека материалов с указанием скорости распространения ультразвуковых волн, с возможностью редактирования;

·библиотека преобразователей;

·изменяемая дискретность 0,1 или 0.01;

·толщиномер А1210 имеет переключаемые единицы измерения мм или дюймы;

·трехуровневая индикация уровня акустического контакта;

·индикатор уровня заряда батареи;

·дополнительная функция помощи при выполнении, каких либо операций.

Таблица 3 Технические характеристики толщиномера А1210

ПараметрЗначениеДиапазоны измеряемых толщин (по стали):С пpеобpазователем S3567 2.5A0D10CL на 2.5 МГц от 0,7 до 300 ммС пpеобpазователем D1771 4.0A0D12CL на 4 МГц от 0,7 до 35 ммОсновная погрешность измерений:От 0,7 до 1,5 мм ±0,1 ммОт 1,51 до 9,99 мм ±0,05 ммОт 10,0 до 49,9 мм ±0,1 ммОт 50,0 до 300,0 мм ±0,2 ммДопустимая шероховатость поверхности Rz 160Минимальный радиус кривизны поверхности 10 ммДискретность измерения толщиныПри толщинах до 99,99 мм 0,1/0,01При толщинах от 100,0 мм 0,1Диапазон настроек скорости yльтpазвyка от 1000 до 9999 м/сТип дисплея антибликовый, цветной TFTПитание встроенная LiIon аккумуляторная батареяВремя непрерывной работы 10 чДиапазон рабочих температур от -20°С до +50°СГабаритные размеры электронного блока 157 х 70 х 23 ммМасса электронного блока 250 гСписок литературы

1Бакунов А.С., Калошин В.А., Рудаков А.С., Шубочкин С.Е. Толщиномер гальванических покрытий. - Дефектоскопия, 2004г, №6

Неразрушающий контроль. В 5 кн. Кн. 3. Электромагнитный контроль: практ. пособие / В.Г. Герасимов, А.Д. Покровский, В.В. Сухоруков; под. ред. В.В. Сухорукова. - М.: Высш. шк., 1992. - 312 с

Клюев, В.В. Неразрушающий контроль и диагностика [Текст]: Справочник / В. В Клюев, Ф. Р Соснин, А.В. Ковалев и др.; Под. ред.В. В. Клюева.2-е изд. испр. и доп. - М.: Машиностроение, 2003.656 с.

Сухоруков, В.В. Неразрушающий контроль [Текст]: в 5 кн. Кн.3. Электромагнитный контроль: Практ. пособие / В.Г. Герасимов, А.Д. Покровский, В.В. Сухоруков; Под ред.В. В. Сухорукова. - М.: Высш. шк., 1992. - 312 с.

Калантаров, П.Л. Расчет индуктивностей [Текст]: Справочная книга / П.Л. Калантаров, Л.А. Цейтлин.3-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энегоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1986. - 488 с.

Соболев, В.С., Шкарлет, Ю.М. Накладные и экранные датчики [Текст]. - Новосибирск: Наука, 1967.

7Герасимов, В.Г. Неразрушающий контроль качества изделий электромагнитными методами [Текст]: монография / В.Г. Герасимов, Ю.Я. Останин, А.Д. Покровский [и др.]. - М.: Энергия, 1978. - 216 с.

8А. с.892200 СССР, Кл. G 01 B 7/06. Устройство для измерения толщины покрытий [Текст] / М.В. Гаршин [и др.]. - № 2676212/25-28; заявл.23.10.78; опубл.23.12.81, Бюл. № 47. - 3 с.: ил.

9А. с. SU 1416859 A1 СССР, 4 G 01 В 7/06. Вихретоковый толщиномер диэлектрических покрытий [Текст] / А.И. Потапов [и др.]. - № 4128811/25-28; заявл.05.08.86; опубл.15.08.88, Бюл. № 30. - 2 с.: ил.

Седалищев В.Н. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Основы метрологии, стандартизации и сертификации»/ АлтГТУ им. И.И.Ползунова, - Барнаул, 2003. - 18с.

Введение Целью курсового проекта является изучение параметров устройства измеряющего толщину покрытия объекта и его метрологические характеристики. В рез

Больше работ по теме: