ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1997 года по МПК G01B7/06 

Изобретение относится к области неразрушающего профильного контроля геометрических параметров твердых и упругих защитных и изолирующих покрытий, жировых отложений, смазочных слоев и пленок на поверхности электропроводящих изделий.

Известно измерительное устройство, которое представляет собой контактно-резистивный преобразователь, выполненный в виде пары щупов, соединенных проводниками с омметром и предназначенных для профильного контроля стенок полых изделий.

Область использования этого устройств исключает возможность контроля с его помощью нетвердых объектов, а также эластичных покрытий.

Известно также измерительное устройство, содержащее емкостный преобразователь, выполненный в виде двух щупов, соединенный с преобразователем посредством коаксиального кабеля канал измерения, составленный последовательно соединенными комплексным высокочастотным мостом, усилителем, амплитудно-фазовым детектором и индикатором.

Это устройство, будучи способным к дискретному контролю твердых объектов, является в то же время непригодным для контактной толщинометрии нетвердых объектов и принципиально исключает возможность измерения среднеинтегрального значения толщины на определенной площади контролируемого изделия.

Наиболее близким к заявляемому по своему существу и совокупности сходных структурных признаков является измерительное устройство. Это устройство, являющееся прототипом представляемого к патентованию технического решения, содержит емкостный преобразователь, выполненный в виде двух щупов, и соединенный с преобразователем посредством коаксиального кабеля канал измерения, составленный последовательно включенными комплексным высокочастотным мостом, усилителем, амплитудно-фазовым детектором и стрелочным индикатором, при этом один из щупов выполнен в виде захвата, предназначенного для подсоединения к основанию, на которое нанесено измеряемое покрытие, а второй щуп выполнен плоскостно-распределенным с плавно изменяемой эластичностью и составлен диамагнитным цилиндром, на основании которого натянута полимерная пленка с металлизированным покрытием, на противоположном конце цилиндра размещена крышка-штуцер, полость цилиндра разделена тарельчатой диафрагмой, положение которой регулируется винтом-толкателем, установленным в крышке и контактирующий с диафрагмой через упругий элемент, а в полость цилиндра между полимерной пленкой и диафрагмой введена тонкая суспензия.

Несмотря на свою способность разового определения среднеинтегрального значения толщины твердых и деформируемых защитных покрытий, неравномерно нанесенных на поверхность металлических и полупроводящих изделий, указанному объекту прототипу присущи определенные недостатки, которые не только регламентируют область его эффективного использования, но и полностью исключают возможность применения этого устройства в целом ряде практических случаев.

Указанные недостатки известного устройства-прототипа состоят в его ограниченных функциональных возможностях в неспособности осуществления контроля как защитных покрытий, полностью закрывающих поверхность металлических или полупроводниковых изделий, так и покрытий на объектах, исключающих возможность доступа к электропроводящей основе или подложке, на которую нанесено подлежащее контролю покрытие.

Кроме того, к недостаткам устройства-прототипа, ограничивающем его оперативно технические возможности, следует отнести и неспособность известного устройства осуществлять производительный допусковый контроль на степень взаимного отклонения среднеинтегральных значений толщины покрытий, нанесенных на различные участки исследуемого изделия, с обеспечением возможности относительного сопоставления среднеинтегральных значений толщины защитных покрытий, расположенных на любых произвольно выбираемых или заданных участках контролируемого изделия.

В рассматриваемой связи объект настоящей заявки обеспечивает получение нового результата и положительного технического эффекта за счет устранения ограничений и недостатков известного устройства-прототипа и создания расширенных функциональных и оперативных возможностей неразрушающего контроля среднеинтегрального значения толщины твердых и полутвердых покрытий не только в случаях частичного, но и в случаях полного закрытия этими покрытиями поверхности металлических и полупроводящих изделий.

Положительный эффект и новый технический результат заявляемого объекта по отношению к известному техническому решению-прототипу состоят также в создаваемых предлагаемым устройствам расширенных функциональных возможностях оперативного допускового контроля степени взаимного отклонения среднеинтегральных значений толщины покрытий, расположенных на различных, произвольно выбранных для профильного контроля участках исследуемого объекта.

Охарактеризованные преимущества заявляемого технического решения перед его прототипом достигаются тем, что в устройство, содержащее высокочастотный комплексный мост, компенсационное плечо которого образовано регулируемой (переменной) RC-ячейкой из параллельно включенных магазинов сопротивления и емкостей, а измерительное плечо которого образовано емкостным преобразователем в виде щупа-захвата и плоскостно распределенного щупа с плавно изменяемой эластичностью, составленного кругосимметричным полным корпусом, на нижнее открытое основание которого натянута металлизированная полимерная пленка, а верх корпуса снабжен крышкой-штуцером с винтом-толкателем, связанным через упругий элемент (сильфон) с разделяющей полость корпуса тарельчатой диафрагмой, в промежуток между которой и металлизированной полимерной пленкой введена тонкая суспензия, а к выходу высокочастотного комплексного моста последовательно подключены усилитель, детектор и индикатор уровня, в указанное устройство введены два трехпозиционных переключателя вида контроля и второй, дополнительный, плоскостно распределенный щуп с плавно изменяемой эластичностью, выполненный полностью идентичным по структуре первому плоскостно распределенному щупу, при этом подвижный контактный элемент первого трехпозиционного переключателя вида контроля включен в цепь компенсационного плеча высокочастотного комплексного моста, а первый и третий неподвижные контактные элементы первого трехпозиционного переключателя соединены между собой и с одной из пары клемм (полюсов) регулируемой RC-ячейки из параллельно включенных магазинов сопротивления и емкостей, вторая клемма регулируемой RC-ячейки соединена с подвижным контактным элементом второго трехпозиционного переключателя вида контроля, второй и третий неподвижные контактные элементы которого связаны со щупом-захватом, а второй неподвижный контактный элемент первого трехпозиционного переключателя и первый неподвижный контактный элемент второго трехпозиционного переключателя совместно соединены со вторым плоскостно распределенным щупом, причем первый и второй трехпозиционные переключатели вида контроля механически спарены друг с другом.

Структура предлагаемого к патентованию устройства представлена на чертеже.

Устройство содержит высокочастотный мост, измерительное плечо которого образовано коаксиальным кабелем 1 и плоскостно распределенным щупом 2 с плавно изменяемой эластичностью, который составлен кругосимметричным полым корпусом 3. На нижнее открытое основание корпуса 3 натянута металлизированная полимерная пленка 4, фиксируемая с помощью контактно-обжимной манжеты 5, а верх корпуса 3 снабжен крышкой-штуцером 6 с винтом-толкателем 7, который через упругий узел-сильфон 8 связан с тарельчатой диафрагмой 9, разделяющей полость корпуса 3 на две части. Между диафрагмой 9 и металлизированной полимерной пленкой 4 в корпус 3 плоскостно распределенного щупа 4 введена тонкая суспензия 10.

Компенсационное плечо высокочастотного комплексного моста образовано вторым коаксиальным кабелем 11, регулируемой (переменной) RC-ячейкой, составленной параллельно включенными магазинами емкостей 12 и сопротивлений 13, а также вторым плоскостно распределенным щупом 14 с плавно изменяемой эластичностью, который выполнен полностью идентичным по структуре первому плоскостно распределенному щупу 2.

Переменные емкостный 12 и резистивный 13 элементы компенсационной параллельной RC-ячейки высокочастотного моста, второй плоскостно распределенный щуп 14 и шуп-захват 15, предназначенный для подсоединения емкостного преобразователя к электропроводящему основанию 16, на поверхность которого нанесено исследуемое защитное покрытие 17, все указанные элементы и узлы электрически коммутируются в схеме высокочастотного моста с помощью трехпозиционного переключателя вида контроля, составленного двумя механическими спаренными секциями 18 и 19.

Подвижный контакт потенциометра 20, образующего совместно с ограниченными элементами 21 и 22 резистивные плечи комплексного моста, связан с выходом генератора переменного тока 23, питаемого от источника 24 стабилизированного напряжения, а выходная диагональ комплексного моста, образованного элементами 1, 2, 11, 12, 13, 14,15, 20, 21, 22, через повышенный симметрирующий трансформатор 25 связан со входом усилителя 26, к входу которого последовательно подключены амплитудно-фазовый детектор 27 и индикатор 28.

С помощью набора аттестованных контрольных образцов токопроводящих пластин, на которые нанесены калиброванные по толщине защитные покрытия требуемого состава, производится предварительная градуировка измерительного устройства, для чего обе секции 18 и 19 переключателя вида контроля устанавливаются в правое по схеме положение, плоскостно распределенный щуп 2 ставится на калиброванное по толщине покрытие контрольного образца и ручками магазина 12 емкостей, магазин 13 сопротивлений и потенциометра 20 добиваются минимального показания индикатора 28. Этому отвечает сбалансированное состояние мостовой схемы, которое уточняет при повышенном уровне сигнал генератора 23, когда против окончательного установленного положения лимба ручки магазина 12 емкостей на наклонной шкале наносится значение толщины калиброванного покрытия используемой образцовой пластины.

Последовательно устанавливая полоскостно распределенный щуп 2 на калиброванные по толщине покрытия других аттестованных контрольных образцов и производя балансировку моста практически ручкой магазина 12 емкостей, наносят на шкалу этого магазина значения толщины покрытий соответствующих пластинчатых образцов, чем обеспечивается оперативность отсчета при последующей эксплуатации устройства толщины обследуемых покрытий.

Устройство функционирует следующим образом.

При необходимости определения толщины непроводящих равномерных или неравномерно нанесенных покрытий на поверхности электропроводящих оснований, допускающих непосредственный электрический контакт с измерительной системой, подвижные контакты секций 18 и 19 переключателя вида контроля устанавливают в правое по схеме положение, плоскостно распределенный щуп 2 ставят на подлежащий контролю участок исследуемого покрытия 4, а щуп-захват 15 подсоединяют к токопроводящему основанию 16, на которое нанесено покрытие 4, после чего ручкой регулировки магазина 12 емкостей при незначительной уточняющей коррекции органов регулировки элементов 13 и 20 добиваются балансировки мостовой схемы 1, 2, 11, 12, 13, 15, 20, 21, 22 по нуль-индикатору 28.

Результат приведенной измерительной операции считывают при этом со шкалы магазина 12 емкостей устройства.

В отличие от базового объекта-прототипа, описываемое устройство обеспечивает возможность неразрушающего контроля среднеинтегрального значения защитных покрытий как в случае частичного, так и вы случае полного закрытия подлежащими обследованию непроводящими покрытиями всей поверхности электропроводящего основания, когда исключается возможность подключения электроконтактного щупа-захвата 15 к основанию, несущему подлежащее обследованию покрытие.

При необходимости толщинометрии сплошных покрытий, а также при других условиях отсутствия открытого доступа к токопроводящему основанию, на которое нанесено защитное покрытие, подвижные контакты спаренных секций 18 и 19 переключателя вида контроля устанавливают в левое по схеме положение, при котором в измерительное плечо мостовой схемы устройства наряду с коаксиальным кабелем 1 оказываются последовательно включенными две емкости, первая из которых формируется между плоскостно распределенным щупом 2 и основанием 16 контролируемого покрытия 17, а вторая из которых формируется между плоскостно распределенным щупом 14 и мет же основанием 16.

Добиваясь с помощью ручек регулировки элементов 12 и 13 нулевой балансировки мостовой схемы по минимальному показанию индикатора 28, считывают результат проведенной контрольной операции по шкале магазина 12. Искомое же среднеинтегральное значение толщины обследуемого защитного покрытия определяется при этом удвоенным показанием шкалы магазина 112 емкостей.

Наряду с показанной выше новой технической возможностью неразрушающего контроля среднеинтегрального значения толщины неравномерных покрытий без непосредственного доступа к электропроводящему основанию, на которое нанесено обследуемое покрытие, к качественным преимуществам предлагаемого устройства перед его прототипом становится также способность описываемого устройства осуществляется оперативный допусковой контроль на степень взаимного отклонения среднеинтегральных значений толщины покрытия расположенного на различных, произвольно выбранных участках контролируемого объекта.

Указанная возможность относительного сопоставления описываемым устройством среднеинтегральных значений толщины защитных покрытий, расположенных на различных участках обследуемого изделия, реализуется переводом механически спаренных подвижных контактов секций 18 и 19 переключателя вида контроля в из среднее по схеме положение, при котором коаксиальные кабели 1 и 11 измерительного и компенсационного плечей комплексного моста устройства оказываются нагруженными соответственно плоскостно распределенными щупами 2 и 14, раздельно устанавливаемыми на подлежащих сопоставительному контролю участках исследуемого защитного покрытия 17.

О степени взаимного отклонения среднеинтегральны значений толщины обследуемого покрытия на различных участках контролируемого изделия судят по отклонению индикатора 28, шкала которого предварительно гранулируется путем серии чередующихся балансировок мостовой схемы устройства и одновременной установки плоскостно распределенных щупов 2 и 14 на различные по калиброванной толщине покрытия аттестованные образцы токопроводящих пластин.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей. Устройство содержит высокочастотный мост, измерительной плечо которого образовано коаксиальным кабелем 1 и плоскостно распределенным щупом 2 с плавно изменяемой эластичностью, который составлен кругосимметричным полым корпусом 3. На нижнее открытое основание корпуса 3 натянута металлизированная пленка 4, фиксируемая с помощью контактно-обжимной манжеты 5, а верх корпуса 3 снабжен крышкой-штуцером 6 с винтом толкателем 7, который через упругий узел-сильфон 8 связан с тарельчатой диафрагмой 9, разделяющей полость корпуса 3 на две части. Между диафрагмой 9 и металлизированной полимерной пленкой 4 в корпус плоскостно распределенного щупа введена тонкая суспензия 10. Устройство обеспечивает создание расширенных функциональных возможностей оперативного допускового контроля степени взаимного отклонения среднеинтегральных значений толщины покрытий, расположенных на различных, произвольно выбранных для профильного контроля участках исследуемого объекта. 1 ил.

Измерительное устройство, содержащее высокочастотный комплексный мост, компенсационное плечо которого образовано регулируемой RС-ячейкой из параллельно включенных магазинов сопротивления и емкостей, а измерительное плечо образовано емкостным преобразователем в виде щупа-захвата и плоскостно распределенного щупа с плавно изменяемой эластичностью, составленного цилиндрическим полым корпусом, основанием которого является металлизированная полимерная пленка, а верхом крышка-штуцер с винтом-толкателем, связанным через упругий элемент с разделяющей полость корпуса тарельчатой диафрагмой, в промежуток между которой и металлизированной полимерной пленкой введена тонкая суспензия, а к выходу высокочастотного комплексного моста последовательно подключены усилитель, детектор и индикатор уровня, отличающееся тем, что в него введены два трехпозиционных переключателя вида контроля и второй дополнительный плоскостно распределенный щуп с плавно изменяемой эластичностью, выполненный идентичным по структуре первому плоскостно распределенному щупу, при этом подвижный контактный элемент первого трехпозиционного переключателя вида контроля включен в цепь компенсационного плеча высокочастотного комплексного моста, а первый и третий неподвижные контактные элементы первого трехпозиционного переключаталя вида контроля соединены между собой и с одной из пары клемм регулируемой RС-ячейки из параллельно включенных магазинов сопротивления и емкостей, вторая клемма регулируемой RС-ячейки соединена с подвижным контактным элементом второго трехпозиционного переключателя вида контроля, второй и третий неподвижные контактные элементы которого связаны с щупом-захватом, а второй неподвижный контактный элемент первого трехпозиционного переключателя вида контроля и первый неподвижный контактный элемент второго трехпозиционного переключателя вида контроля совместно соединены с вторым плоскостно распределенным щупом, причем первый и второй трехпозиционные переключатели вида контроля механически соединены друг с другом.