Магнитный толщиномер покрытий считается более продвинутым способом узнать, насколько же надежным является слой краски на изделии. Почему он такой технологичный, но не так популярен, мы обсудим в этой статье.

Как работает толщиномер с магнитной хваткой?

Современные технологии приборостроения позволяют специалистам получить данные бесконтактными способами. Чтобы увидеть то, что скрыто внутри двигателя, механизма, организма человека, давно не нужно разбирать объект исследования. Медицина имеет на вооружении аппараты ультразвуковой диагностики и прочие достижения науки, а в технике применяются схожие по принципу действия приспособления, например, толщиномеры и прочие устройства, позволяющие с легкостью получить точные данные об исследуемом объекте. Чтобы, к примеру, исследовать двигатель автомобиля, нужен технический эндоскоп, а для внешнего обследования кузова – толщиномер.

Действуют они по принципу магнитной индукции, отмечая сопротивление магнитной цепи и воздействие на неё толщины покрытия. Снимаемые показания фиксируются прибором в порядке: основание – покрытие – датчик. Существуют другие виды толщиномеров (не магнитные), которые предназначены для получения данных о покрытии с основанием из цветных металлов. Они действуют по принципу вихревых токов, и о них будет рассказано ниже. Сейчас поговорим о магнитных типах этих приборов.

Где авторитетно показание толщиномера?

Магнитный толщиномер лакокрасочных покрытий чрезвычайно полезен в станкостроении, автомобилестроении, судостроении и самолетостроении. К примеру, во время производственного процесса требуется получить данные о толщине хромового покрытия на торцах плоских деталей, проконтролировать наличие брака или измерить толщину покрытия готовых колец компрессионных двигателей внутреннего сгорания.

Кроме того, магнитные толщиномеры применяются отделами технического контроля, лабораториями, специализированными мастерскими и просто в ремонтных работах. Его показаниям доверяют эксперты-оценщики страховых компаний и другие лица, заинтересованные в измерении толщины покрытия. В основу работы прибора положен принцип использования свойств постоянных магнитов. Магнитное основание, на которое нанесено покрытие (объект измерения), взаимодействует с магнитом, встроенным в прибор.

Сила этого взаимодействия и является базовым показателем измерения толщины поверхности: чем слабее сила, тем толще покрытие.

Как правильно работать с прибором?

Пользоваться толщиномером несложно: не требуются специальные технические навыки. Прибор подносят к объекту, прижимают щупом к поверхности, и датчик, который встроен в этот щуп, измеряет показания от конца датчика до основания. Через короткое время, после звукового сигнала, на экране появляется результат. Возможна постановка задачи для однократного измерения, возможна настройка периодического обновления показаний через равные промежутки времени. Таким образом, измеряется толщина покрытия. Некоторые модели (например, МТ-201К ) имеют в комплекте столик для снятия показаний.

В работе устройства существуют некоторые ограничения, упомянутые в его технических характеристиках. На том, что нежелательно, остановимся подробнее. Самым главным является то, что магнитный прибор не способен к работе с основаниями из других материалов, кроме ферромагнитных. Об этом было сказано вначале, когда шла речь о принципе работы прибора. Как определить пригодность металлического основания? Нужно поднести к нему магнит. Если притяжение ощутимо, значит основание годно к измерению магнитным толщиномером. Если притяжение заметно слабое, то придется использовать другой вид прибора. Основания из дерева, пластика, таких металлов, как медь и алюминий, не пригодны для работы с описываемым прибором. Также невозможна работа с сырым покрытием.

Какие ещё покрытия могут выдать погрешность в расчете данных? Это никель, краска с примесью железа (если окрашивание было произведено по ржавому металлу), покрытия, подверженные деформации. Поролон, пенопласт – тоже не желательны для исследований. Полученные данные будут точнее, если основание будет однородным, а не представляет собой прикрепленные друг к другу пластинки. Это связано с тем, что сочетание близко расположенных металлических пластин будет вызывать наложение их магнитных полей друг на друга.

Ещё одним противопоказанием к работе является слишком тонкое основание. Если его толщина меньше, чем 0,5 миллиметров, то точность измерения снижается (не очень значительно). Диаметр основания тоже имеет значение: если он меньше 10 миллиметров, это также нежелательно. Бывают случаи, когда данные на выходе должны быть уточнены согласно эталонным. Это случаи, когда основание слишком тонкое (0,3-0,5 мм), либо слишком толстое (свыше 5 мм), либо исследуются два и более основания, различных по диаметру. Процесс уточнения показаний прибора называется калибровкой. Для калибровки устройство комплектуется образцами стали и алюминия, которые служат объектами контроля, а также для сравнения полученных показаний.

Чем заменить магнитный толщиномер, если основание не магнитно?

Как было обещано, сейчас расскажем о других видах толщиномеров. Помимо магнитного, выпускаются механические, вихретоковые, электромагнитные и электромагнитно-вихретоковые. В ремонтных и строительных работах популярностью пользуется механический толщиномер. Предназначен он для того, чтобы проконтролировать слой краски, которым покрывают поверхность. Это обеспечивает, во-первых, равномерное нанесение покрытия, во-вторых, уменьшает расход материала.

Часто влажный лак или краска выглядят, как будто они нанесены равномерно. Однако после высыхания обнаруживаются неплотно закрашенные участки поверхности. Это устраняется путем закрашивания этих мест и последующего покрытия краской всего объекта, что приводит к двойному перерасходу. Механический толщиномер используют для снятия данных о влажном слое лакокрасочных материалов, которыми был покрыт объект. Щуп или гребенка имеет маркеры на зубцах. Его прижимают к поверхности на несколько секунд, затем осматривают. Относительно отпечатка материала на зубцах между маркерами делают вывод о толщине слоя.

Для оснований из цветных металлов используют вихретоковые толщиномеры. В основе лежит принцип вихревых токов, или токов Фуко. Через катушку проходит ток (частота свыше 1 МГц), который порождает переменное магнитное поле, что приводит в действие датчики на щупе. При прижатии прибора к токопроводящему материалу (поверхность объекта) происходит порождение на нем токов Фуко. Эти вихревые токи генерируют свои, противоположные электромагнитные поля, которые подвергаются измерению датчиками.

Подводя итоги, следует сказать, что в названии прибора заложена подсказка о принципе его работы: в магнитном толщиномере используется принцип взаимодействия магнита, встроенного в устройство, и магнитной поверхности объекта. Его применяют для измерения толщины покрытия на основании из черных металлов. В механическом толщиномере следует визуально осмотреть краску на зубцах щупа и сделать вывод о данных. С точки зрения точности показателей он является самым неточным. Вихретоковая модель помогает там, где невозможно использовать магнит – на непроводящей поверхности и цветных металлах.

Необходимость в толщиномере лакокрасочных покрытий (ЛКП) особо ощутима при покупке автомобиля с пробегом. Только им можно выявить достоверно места крашенных или шпаклеванных деталей. При этом неоднородность слоя краски является сигнализирующим фактором.

Можно взять во временное пользование профессиональный измеритель ЛКП, но его придется вскоре возвращать. А покупка подержанной машины может растянуться на несколько месяцев.

Измеритель толщины работает следующим образом:

1. Проводится калибровка. Поскольку разные автомобили имеют различную толщину краски, то процедура калибровки в начале работы необходима. К тому же после калибровки температурные изменения меньше влияют на точность результатов. Выполняется просто, прикладывается датчик к чистой окрашенной поверхности и нажимается кнопка «калибровка». Данные о толщине покрытия, выраженные в условных единицах, записываются в EEPROM (програмно перезаписываемую память).

1. Выполняется измерение, горит зеленый светодиод . Зеленый светодиод горит, когда отклонение измеренной толщины от записанной незначительно, «норма». Для выполнения измерения, прибор прикладывается к подозрительным и потенциально подверженным ударам и коррозии местам, нажимается кнопка «измерение».

1. Загорается один из белых светодиодов - небольшое отклонение слоя краски от записанной величины, «подозрительно».

1. Загорается один из синих светодиодов - затерты следы царапин или есть второй слой краски, «шлифовано» или «краска».

1. Загорается один из красных светодиодов - толщина покрытия близка к нулю или превышает в 0.2 раза записанное значение, «металл» или «шпаклевка».

При нажатии на кнопку «измерение» замеры толщины проводятся 3 раза, а потом вычисляется среднее значение. Можно получать результат мгновенно, задав проведение измерения всего один раз.

Датчиком прибора является катушка индуктивности, устройством для вычисления величины индуктивности служит плата Arduino.

Толщиномер с индикацией на светодиодах получается компактным. Для установки LCD модуля понабилось бы изготовить громоздкий корпус.

Необходимые детали:

1. Маленькая и удобная плата Arduino nano.
2. Кусок паечной макетной платы.
3. Две маленькие тактовые кнопки.
4. Батарея питания «Крона».
5. Два красных светодиода.
6. Два синих светодиода.
7. Два белых светодиода.
8. Один зеленый светодиод.
9. Резисторы 1 кОм - 10 штук.
10. Выпрямительный диод IN4007 или другой малой мощности, небольшого размера.
11. Конденсатор неполярный 100 нФ.
12. Катушка индуктивности - 100 витков проволоки 0,1 мм. кв. на ферритовом сердечнике d=8 мм.

Сложности могут возникнуть при изготовлении катушки. Необходимо найти одну чашечку ферритового броневого сердечника. На конической части шариковой ручки разместить две картонные щечки на нужном расстоянии друг от друга, чтобы - так получится импровизированный каркас самодельной катушки. Берем обмоточный провод минимальной толщины, около 0.1 мм, чтобы необходимое количество витков из него поместилось внутри сердечника. Намотав около 100 витков на шариковую ручку, снимаем одну из щечек временного каркаса, и надавливая на другой картонный кружок, заталкиваем получившуюся катушку внутрь ферритовой чашки. Выпавшие витки заправляем на сердечник пинцетом. Капнув суперклеем на витки, фиксируем их, и закрываем катушку подходящим картонным кружком. Готовая катушка закрепляется на плате термоклеем.

От того, насколько качественно изготовлена катушка, будет зависеть точность измерителя толщины.

Конденсатор следует подобрать с минимальным ТКЕ (температурным коэффициентом емкости). Рекомендуется найти металлопленочный неполярный конденсатор, у керамических элементов ТКЕ достигает недопустимых значений.

После сборки всех деталей получается такая конструкция.

Здесь реализована идея сборки простейшего прибора с минимумом навесных деталей.

Принцип работы устройства в следующем:

• Реализована схема, определяющая резонансную частоту LC-контура.

На измерительную катушку и конденсатор (LC-контур) подается калиброванный сигнал, аппроксимированно синусоидальный, после чего работает счетчик, пока сиглал в контуре не затухнет до уровня «0» - срабатывания компаратора Arduino nano.

• Отсчитанное счетчиком время пропорционально резонансной частоте LC-контура.

Текст программы:

Вывод: предложенная схема дает возможность собрать профессиональное устройство высокой точности, для этого нужно качественно собрать катушку, выбрать неполярный конденсатор с минимальным ТКЕ, подключить экранный модуль LCD, вставить формулу перерасчета значений счетчика в микрометры.

В процессе поиска, подходящего для меня автомобиля с пробегом, столкнулся с необходимостью проверки лакорасочного покрытия (ЛКП) на однородность, для выявления крашеных или шпаклеваных деталей. Сначала в руки мне попал профессиональный измеритель толщины ЛКП, но давали мне его ненадолго, а процесс поиска машины, наоборот, растянут по времени. Измеритель пришлось вернуть владельцу, а подходящая машина найдена не была.
А нельзя ли сделать простейший измеритель толщины краски самому?
Первым результатом поиска по интернету, стала классическая схема, на основе двухобмоточного трансформатора с открытой магнитной системой.

На первичную обмотку подается некий сигнал, а со вторичной обмотки подается сигнал на измеритель. Измеряемый образец, замыкает магнитную систему и чем толще краска, тем меньше связь между обмотками, тем меньше выходной сигнал. Но искать подходящее железо для трансформатора и мотать его было лень, продолжил поиски. Кроме этого подобные схемы имеют сильную нелинейность зависимости уровня сигнала от толщины покрытия.
Затем попалась схема, которя работает на основе изменения индуктивного сопротивления датчика. На измерительную катушку подается калиброваный сигнал (лучше синусоидальный) , катушка включена в плечо измерительного моста, после установки нуля, проводится измерение.

Еще я вспомнил, что у меня валяется несколько плат Arduino. Брал пару лет назад поиграться.
Сформулировал, для себя, задачу - "Измерение индуктивности на Arduino минимумом навесных деталей".
В результате поисков, наткнулся на страницу https://github.com/sae/Arduino-LCQmeter/blob/master/LC-gen.ino
эта программа и стала прототипом простейшего измерителя ЛКП.
В качестве основной платы, выбрана Arduino nano за небольшие габариты.
Суть работы в следующем: на измеряемый LC-контур подается импульс "накачки", после чего запускается счетчик до до тех пор, пока сигнал на контуре, не пройдет через "0" компаратора, после чего процесс повторяется.
В результате, показания счетчика пропорциональны резонансной частоте LC контура.
Сначала опробовал идею на столе, с выводом информации на компьютер. Вроде работает
Хотя у меня был LCD модуль, но с ним устройство получалось громоздким и требовало изготовления корпуса.
Решил сделать индикацию толщины на светодиодах.
Нарисовал схему, спаял шилд на макетке, предусмотрел контроль напряжения батареи.

Проблемой оказалось изготовление катушки. Если чашек ферритовых броневых сердечников нашел много и разных, то каркасов катушек не нашел ни одного. После нескольких попыток сделать каркас самостоятельно, было найдено следующее решение: на коническом корпусе шариковой ручки были установлены две картонные щечки, намотано приблизительно подходящеее количество витков, чтоб поместилось внутрь сердечника. Провод взял минимальной толщины, какой был под рукой (около 0.08) количества витков не помню, что-то около 100. после намотки, одну щечку снял. и подталкивая за другую щечку поместил получившуюся катушку внутрь сердечника. Выпавшие витки, заправил в катушку пинцетом. После этого капнул на витки суперклеем и закрыл катушку оставшейтся щечкой. Катушку на плате закрепил термоклеем.
Конденсатор желательно металлопленочный, только не керамический, поскольку у керамики такой емкости недопустимый ТКЕ
В результате, получилась такая конструкция:

Текст программы для загрузки:

Работа с устройством:
Поскольку разные машины имеют разную тощину ЛКП, сначала делается процедура калибровки. Кроме этого процедура калибровки, позволяет снизить влияние температуры на результаты измерения. Для калибровки, нужно прижать устройство к покрытию автомобиля, и нажать кнопку "калибровка"
После проведения калибровки, значение толщины ЛКП, выраженное в "условных единицах" записывается в eeprom.
для проведения измерения, прибор прикладывается к разным местам ЛКП автомобиля и нажимается кнопка "Измерение". Если отклонение измеренного результата от записанного, невелико, загорается зеленый светодиод.
Если отклонение превышает некоторую границу - загорается белый светодиод - "подозрительно"
Если есть второй слой краски, или была полировка - загорается один из синих "краска" или "полировка"
Если покрытие близко к нулю или превышает 0.2, то загораются красные светодиоды "шпаклевка" или "металл"
Каждое измерение толщины производится 3 раза, а потом значение усредняется. Возможно, одного раза достаточно. Это позволит получать результат практически мгновенно.

Не стоит рассматривать эту поделку, как образец готового изделия. Это всего лишь пример того, как можно решить поставленную задачу "подручными" средствами. Но, подозреваю, что на основе этого измерителя, можно изготовить измеритель с профессиональной точностью. Для этого нужно будет, качественно намотать катушку, подобрать конденсатор, с минимальным TKE, подключить экранный модуль, подобрать формулу пересчета "сырого" значения в микрометры.

Борис Падорин, ООО "Долина-Сервис"

Представленный в данной статье толщиномер лакокрасочного покрытия автомобиля может с высокой степенью надежности определить, была ли подвергнута данная автомашина процедуре кузовного ремонта.

Технические параметры лакокрасочного толщиномера:

• напряжение питания 9 В;
• потребляемый ток 25 мА;
• максимальная толщина измерения 0,8 мм;
• погрешность измерения +/- 0,05мм.

Принцип работы толщиномера лакокрасочного покрытия

Собранный на таймере DD1 генератор производит прямоугольные импульсы с частотой 300 Гц и скважностью 2. На выходе генератора, для повышения точности измерения толщины лакокрасочного покрытия автомобиля, собран фильтр низкой частоты на элементах R3, C2, R4, R5. Подстроичный резистор R5 служит регулятором уровня, которым выставляют оптимальный уровень работы прибора. На микросхеме DD2 собран усилитель звуковой частоты, на выходе которого около 0,5В.

Настройка лакокрасочного толщиномера

Налаживание автомобильного толщиномера начинают с установки движка резистора R7 в левое по схеме положение. Трансформатор Тр1 необходимо поместить вдали от металлических предметов. Вращая движок резистора R5 необходимо добиться отклонения стрелки микроамперметра РА1 примерно на 5 процентов от его полной шкалы. Затем трансформатор незамкнутым торцом магнитопровода прикладывают к чистому стальному листу и изменяя сопротивление резистора R7 добиваются максимального отклонения стрелки микроамперметра РА1. Далее необходимо откалибровать прибор. Для этого между стальным листом и трансформатором прокладывают листы бумаги толщиной 0,1 мм.

Для измерения толщины лакокрасочного покрытия автомобиля необходимо приложить трансформатор к исследуемой поверхности, нажать кнопку SB2 и слегка покачивая прибором из стороны в сторону добиваются наибольшего отклонения стрелки. Толщина заводского лакокрасочного покрытия кузова автомобиля обычной краской составляет 0,15…0,3 мм, а краской «металлик» в пределах 0,25…0,30мм.

При проведении работ, связанных с покраской металлических поверхностей, зачастую появляется потребность определения толщины лакокрасочного покрытия автомобиля. Существует несколько способов это сделать.

В промышленном производстве для этого как правило используют ультразвуковые толщиномеры, которые функционируют по принципу эхолокации. К лакокрасочному покрытию прикладывается датчик, являющийся по сути пьезо-преобразователем, на который поступают серии ультразвуковых импульсов. Ультразвуковой электросигнал следует сквозь слой краски автомобиля, а затем отражается от стальной поверхности.

Отражённый электросигнал фиксируется датчиком, и поступает на фазовый детектор, который сопоставляет фазу отправленного и отражённого импульса, а после формирует сигнал, соразмерный времени запаздывания, а следовательно и толщине краски.

Данный метод довольно точен, однако крайне сложен для самостоятельного изготовления. Значительно проще изготовить толщиномер на основе индуктивных или ёмкостных датчиков.

Если покрытие лакокрасочное, то возможно использовать ёмкостный датчик, который состоит из двух небольших металлических пластин. Они прикреплены к диэлектрической подложке и прикладываются к исследуемой поверхности.

Между пластинами замеряется фактическая ёмкость, которая находится в прямой зависимости от диэлектрической проницаемости лакокрасочного покрытия авто и от его толщины. Калибровку толщиномера следует выполнять для каждого типа лакокрасочного покрытия.

Наиболее удобны в применении индуктивные датчики. Такой датчик по сути миниатюрный Ш-образный трансформатор, сделанный с одной стороны катушки, без замыкающих пластин. Если незамкнутой стороной такого датчика приложить к исследуемой поверхности, то от толщины немагнитного зазора, создаваемого лакокрасочным покрытием, меняется индуктивность данной катушки.

Один из методов замера состоит в том, что катушку используют в роли LC — генератора НЧ. Электросигнал поступает на частотный детектор, а после на модуль индикации. Метод неплох, однако довольно сложен. Электрическая схема несложного толщиномера автомобиля, но довольно точного приведена в данной статье ниже.

Прибор для измерения толщины лакокрасочного покрытия автомобиля — описание

Прибор для измерения толщины лакокрасочного покрытия автомобиля — генератор постоянной частоты и амплитуды, последовательно с выходом, которого подсоединяется индуктивный датчик. Напряжение после датчика детектируется, нормализуется и подаётся на блок индикации.

Для отображения полученной информации возможно использовать малогабаритный стрелочный индикатор, откалибровав его шкалу, однако более подходящей является светодиодная индикация.

В данном толщиномере в роли датчика применяется трансформатор от абонентского громкоговорителя. Как уже было сказано выше, трансформатор не замкнут и пропитан эпоксидной смолой совместно с другими радиоэлементами в корпусе подходящих размеров.

Рабочая часть датчика отшлифована до блеска. Преимущества устройства — его малые размеры и способность определять толщину любых немагнитных лакокрасочных покрытий, даже покрытий которые могут проводить электрический ток, к примеру, толщину алюминиевого напыления или гальванического покрытия из меди на стальной поверхности. Толщиномер калибруется при помощи пластин (немагнитных) заранее известной толщины.

Детали прибора для измерения толщины покрытия

В электрической схеме возможно использовать различные операционные усилители с небольшим током потребления и низким напряжением питания. У используемых ОУ величины сопротивлений между выводами 4 и 8 определяют ток потребления и составляют 1…1,5 МОм.

Возможно применить сдвоенные ОУ, к примеру LM358 или подобные. Микросхему К561ЛА7 возможно поменять на К561ЛЕ5 или произвольные инверторные логические элементы. Если необходимо увеличить точность АЦП — взамен цифровой микросхемы возможно использовать счетверённый компаратор LM339. Значительно упростить электросхему возможно использовав микросхему A277 (К1003ПП1) для линейной световой индикации, правда увеличится ток потребления.

В данном случае микросхемы К561ЛА7 и КР1533ИД3 вместе с сопротивлениями обвязки не понадобятся – контакт входа микросхемы подсоединяется на вывод второго ОУ. в схеме применяется не только в качестве генератор стабильной частоты для индуктивного датчика, но и в роли инвертора отрицательной полярности для создания напряжения -2 вольт, нужного для нормального функционирования операционного усилителя.

Безошибочно собранная электрическая схема начинает функционировать сразу — остаётся лишь индивидуально откалибровать светодиодную индикацию подстроечных сопротивлений и немагнитных пластин заранее известной толщины.