厚度传感器
厚度传感器
thickness transducer
测量材料及其表面镀层厚度的传感器。它在工业生产中常用于材料厚度检验和厚度控制系统的误差测量。在厚度控制系统中通常不要求测量厚度的绝对尺寸，而只要求测量厚度的变化值或与某一标准尺寸的差值，以便控制加工过程。厚度传感器可分为接触式和非接触式两类。
接触式厚度传感器 通常采用电感式位移传感器、电容式位移传感器、电位器式位移传感器、霍耳式位移传感器等（见位移传感器）进行接触式厚度测量。为了连续测量移动着的材料的厚度，常在位移传感器的可动端头上安装滚动触头，以减少磨损。还常采用两个相同的位移传感器分别安装于被测材料的上下两面，将两个传感器的测量值平均，以提高测量精度。接触式厚度传感器可测量移动速度较低（小于5米／秒）的材料,精度可达0.1～1％。
非接触式厚度传感器 它的特点是适于连续快速测量，按工作原理可分为电涡流厚度传感器、磁性厚度传感器、电容厚度传感器、超声波厚度传感器、核辐射厚度传感器、X射线厚度传感器、微波厚度传感器等。
电涡流厚度传感器 它可用于测量金属材料厚度，特点是测量范围宽、反应快和精度高。可分为低频透射式（见电涡流式传感器）和高频反射式两类。高频反射式也由上下两个线圈（分别位于金属材料两面）和激励电路及测量电路组成，所不同的是线圈磁场并不穿透金属材料，电涡流效应对磁场的减弱程度与线圈至材料表面的距离有关。材料厚度等于两线圈间的距离减去上下两个测量距离之和。因此根据输出电压即可求出材料厚度。
磁性厚度传感器 用于测量磁性材料的厚度。图1是这种传感器的原理图。由于所测材料是磁性电路的一部分，故绕于铁心上的线圈的电感与材料的厚度有关。图中线圈又是振荡器的组成元件，因此振荡器的频率决定于线圈的电感。通过测量振荡器的频率可确定线圈电感，从而测出材料的厚度。
电容厚度传感器 用于测量绝缘材料(如绝缘塑料)的厚度。图2是这种传感器的原理图。在被测绝缘材料的两边设置了两块金属电极板，形成一个电容器。由于电容器的容量与介质厚度有关，而电容器又是振荡器的组成元件，因此通过测量振荡器的振荡频率可确定电容值，从而测出材料的厚度。
超声波厚度传感器 利用超声振动来检测材料的厚度。超声振动是以气体、液体或固体为介质的机械振动，其振动频率超出音频范围,即高于2万赫。超声振动由变送器产生，变送器将振荡器输出的电信号转换为相应的超声振动。超声波变送器分为磁致伸缩型和压电型两种（见超声波传感器）。磁致伸缩型超声波变送器由线圈和磁致伸缩棒（由铁磁材料制成）组成。在线圈产生的交变磁场的作用下，磁致伸缩棒按磁场交变频率而交替伸缩，它的一端被固定，另一端推拉膜片而产生超声波。压电型超声波变送器由压电材料（一般为石英晶体）制成。当加在压电材料上的电压以超声频率交变时，压电材料随之以超声频率伸缩，并带动膜片而产生超声波。图3是用超声波测量材料厚度的原理图。变送器置于材料上面，使超声波可穿过材料而至另一平面。超声波到达另一平面后再反射回到变送器。在相同条件下，超声波在材料内的往返时间取决于材料的厚度。若往返时间恰好等于超声振动的周期，就会产生共振。在共振时，变送器加给振荡器的负荷会突然改变，随之使振荡器电流相应改变。通过指示器记下电流改变时的振荡频率，就可确定超声波往返一次所需的时间，从而测出材料的厚度。
核辐射厚度传感器 又称同位素厚度传感器，它利用核辐射线进行测量。可分为穿透式和反射式两类。穿透式传感器由同位素核辐射源和核辐射传感器组成(图4)。被测的塑料料板、纸板、橡皮板等材料在辐射源和传感器之间经过。当射线穿过板材时，一些射线被板材吸收，使传感器接收到的射线减弱。对于密度不变的材料，辐射吸收量随厚度变化，因此可测出厚度。传感器的测量范围与材料密度有关，一般按被测表面单位面积所含质量计算，称为质量厚度（均匀材料的厚度与质量厚度正比）。穿透式核辐射传感器的测量范围在500毫克／厘米2以下。若采用γ射线，则可达100克／厘米2。精度为1％。反射式核辐射厚度传感器利用射线的弹性散射特性测量厚度。射线的反射强度是被测材料厚度的函数，因此测量反射强度就可确定厚度。这种传感器还适于测量镀层或涂层的厚度。镀层或涂层与基层物质的原子序数相差越大，界面处反射差异就越大，测量灵敏度也就越高。这种传感器的测量范围在150毫克／厘米2之内，精度可达1％。
X射线厚度传感器 它的结构类似于核辐射厚度传感器，不同之处是用X射线源代替核辐射源。特点是X射线的强度可控、发射可控，因此比较安全。测量范围大于10克／厘米2，精度可达1％。
微波厚度传感器 它利用波长为1毫米至1米的无线电波所具有的强辐射性和极小的绕射性制成。微波传感器受烟、尘、光强等外界影响不大，是一种新型厚度传感器。它由微波发生器、终端器、左右环形器、测量电路、调整电路和转换电路组成（图5）。微波信号由终端器向被测材料发射后，碰到材料反射回来又被终端器接收，因此左环形器左边微波路径的长度(称为电长度)与被测材料的厚度有关，而右环形器右边的电长度由可逆电机控制补偿短路器进行调整。当两侧电长度恰好相等时，对补偿短路器进行调整的量，经转换后变为正比于被测材料厚度的电信号。微波厚度传感器的精度可达1％。当厚度小于0.2毫米时，精度为10％。