塑料薄膜及涂层厚度在线测量研究

　　1　引言

　　目前,在大多数塑料薄膜及其涂覆产品的生产中还没有能够有效地进行在线检测的手段。比如象传真机行业使用的一种热敏薄膜耗材,生产中它的聚酯薄膜及热敏材料涂层厚度还是用千分尺这种传统方法来测量,这对几十微米或不到十微米的薄膜来说,不可避免地存在较大的测量和读数误差,所以测量精度较低。同样在许多胶带纸生产线上,胶带涂层和基层的测量也存在此问题。随着现代工农业生产的高速发展,对塑料薄膜及其涂层厚度的测量要求也越来越高,传统的测量方法已远远不能满足发展的需求,因此新的在线测量方法的研究很有必要。鉴于上述原因,我们研制开发了精密电容式非接触薄膜厚度在线微机测量系统,并在一些热敏薄膜生产线、胶带生产线及薄膜生产线上实现了薄膜及涂层的在线测量。当膜厚在10~100μm时,分辨率可达0·1μm,测量精度为±1·5μm。

　　2　电容法测量的基本原理

　　图1所示为获取薄膜及其涂层厚度信息用电容测微仪的基本原理图。电容测微的原理是利用平板电容器的极板间距、面积或介质发生变化时,其电信号输出也相应发生变化,从而实现微小位移测量。这里,我们利用平板电容器中介质厚度、介电常数的改变所产生的输出信号来完成薄膜及涂层厚度的测量。该测量电路采取线性优良的高输入阻抗放大器,构成反馈式模拟运算电路。V0为主放大器对大地的输出电压,Vs为20 kHz的高稳幅方波信号,CS是一个标准电容(一般为1 pF左右),其输入输出的关系表达式为:

底层厚度;H为测头到薄膜机床架的距离。

　　由于1/C1+1/C4=4×(H-h-m)/(πε0d2)是一个与x无关的量,故可看出电容传感器自动消除了薄膜带传动时振动所带来的影响。将C1、C2、C3、C4带入式(1)得到如下式子:

　　据式(3),当涂层厚度h=0时,也就是只有薄膜基底时,其厚度和输出的关系为:

　　由于k2和T均为常数,从式(5)中我们可以看出涂层厚度与电压输出变化量成正比。

　　3　微机在线测量系统

　　3·1　系统构成原理方框图

　　该测量系统的特点是只需386计算机即可。这就是说对于现在有些属于退役的386计算机,仍可用来发挥其重要作用。把测量模拟信号转换成计算机能识别的数字信息的接口板采用PC总线方式,直接插在计算机里实现A/D转换。这里必须强调的是:电容测微仪、薄膜机床和计算机要用粗导线实现良好的接大地,以消除静电干扰,避免打火花的现象。

　　3·2　数据采集接口的设计计算与选取