УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОФИЛОМЕТРИИ РУЛОННЫХ И ЛИСТОВЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2000 года по МПК G01B7/06 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для дискретной и непрерывно следящей толщинометрии как ферромагнитных изделий, так и изделий, выполненных из материалов, обладающих слабо выраженными магнито-проводящими свойствами.

Известно устройство для толщинометрии листовых и рулонных изделий по а. с. СССР N 1030718, МКИ G 01 N 27/90, содержащее последовательно соединенные генератор переменного тока и катушку возбуждения, располагаемую с одной стороны изделия, и помещенную с другой стороны изделия соосно с катушкой возбуждения катушку измерительного преобразователя с параллельно подключенной к ней переменной емкостью, к которым последовательно присоединены усилитель, детектор и регистратор, причем к генератору переменного тока подключена также последовательная цепь из аттенюатора и переменной дифференциальной фазовращающей ячейки, соединенной выходом с катушкой измерительного преобразователя.

Недостатки этого устройства состоят в необходимости поочередной попеременной манипуляции оператором - перед каждой серией измерений - двумя органами регулировки как амплитудного, так и фазового параметров компенсационного сигнала. К недостаткам этого устройства следует также отнести его критичность к незначительным девиациям частоты задающего (измерительного) генератора, для компенсации ухода частоты которого требуется соответствующая перестройка переменной дифференциальной фазовращающей ячейки.

Известно также устройство для измерения толщины листовых и рулонных изделий, защищенное а. с. СССР N 1187571, МКИ G 01 N 27/90. Оно содержит генератор переменного тока и параллельно подключенные к его выходу аттенюатор и катушку возбуждения, устанавливаемую с одной стороны контролируемого изделия, расположенную соосно на фиксированном расстоянии от нее катушку измерительного преобразователя, предназначенную для размещения с противоположной стороны контролируемого изделия, конденсатор, образующий с катушкой измерительного преобразователя колебательный контур, причем между выходом аттенюатора и колебательным контуром включен дифференциально-сопоставительный детектирующий узел в виде двух встречно включенных диодных ветвей и нагружающей их параллельной RC-ячуйки, а между колебательным контуром и корпусом введен резистивный элемент, к которому подключен блок индикации, составленный последовательно соединенными усилителем, детектирующим звеном и стрелочным индикатором.

К недостаткам этого устройства необходимо отнести ограниченные оперативность и разрешающую способность проводимых измерений, что связано с определенными затратами времени, необходимыми на плавное перемещение подвижного контакта аттенюатора напряжения в процессе отыскания такого его порогового положения, которому соответствует начальное отклонение стрелки выходного индикатора.

При этом низкая производительность контроля, осуществляемого с помощью известного устройства, усугубляется отсутствием стабильности и полной объективности результатов проводимых измерений.

Наиболее близким к заявляемому объекту по наибольшей совокупности сходных существенных признаков является устройство для толщинометрии изделий рулонного и листового типов, защищенное а.с. СССР N 1259175, МКИ G 01 N 27/90. Это устройство, являющееся прототипом заявляемого объекта, содержит генератор переменного тока, параллельно подключенные к его выходу аттенюатор напряжения, соединенный выходом через первую диодную ветвь с первой параллельной RC-ячейкой, и катушку возбуждения, устанавливаемую с одной стороны контролируемого изделия, усилитель переменного тока, вторую диодную ветвь и катушку измерительного преобразователя, предназначенную для размещения с противоположной стороны контролируемого изделия соосно с катушкой возбуждения на фиксированном расстоянии от нее преобразователя, а выходом - с последовательно включенными второй диодной ветвью и второй параллельной RC-ячейкой, между точками соединения обеих диодных ветвей с нагружающими их RC-ячейками включен потенциометрический делитель напряжения, к средней точке которого присоединен вход усилителя постоянного тока, выход последнего соединен с управляющей обмоткой реверсивного электродвигателя, ось которого кинематически соединена с подвижным контактом аттенюатора, а в цепи, содержащей потенциометрический делитель напряжения и соединяющий между собой выход аттенюатора и выход усилителя переменного тока, обе диодные ветви включены последовательно-согласно.

Существенными недостатками этого устройства, жестко регламентирующими область его эффективного использования, являются инерционность и дискретность процесса измерения, связанные с циклическим характером операций самоподстройки измерительной системы при полной неспособности реализации прототипом непрерывного следящего контроля за измерениями толщины обследуемых изделий в процессе их протягивания.

В указанной связи задача, поставленная при разработке заявляемого технического решения, состояла в расширении оперативно-технических возможностей толщинометрии рулонных и листовых изделий за счет повышения быстродействия (безынерционности) и разрешающей способности профильного контроля этих изделий при максимальном снижении трудоемкости измерений и обеспечении возможности осуществления автоматизированного непрерывно следящего, а также дискретно-точечного высокопроизводительного профильного контроля плоских и рулонных изделий с высокой и малой магнитной проницаемостью.

Охарактеризованные преимущества заявляемого объекта достигаются тем, что в устройство, содержащее пару диэлектрических направляющих пластин для протягивания контролируемых изделий, генератор переменного тока, катушку возбуждения, устанавливаемую с одной стороны контролируемого изделия, катушку измерительного преобразователя, предназначенную для размещения с противоположной стороны контролируемого изделия соосно с катушкой возбуждения на фиксированном расстоянии от нее, усилитель переменного тока, связанный входом с катушкой измерительного преобразователя, в указанное устройство введены два идентичных узла преобразования переменного напряжения в постоянное, алгебраический сумматор напряжений, цифровой вольтметр и регистрирующий самописец, а усилитель переменного тока выполнен с плавно варьируемым коэффициентом передачи, при этом катушка возбуждения и вход первого из узлов преобразования переменного напряжения в постоянное параллельно подключены к выходу генератора переменного тока, выход усилителя переменного тока соединен со входом второго из узлов преобразования переменного напряжения в постоянное, к выходам обоих указанных преобразовательных узлов приключены входы алгебраического сумматора напряжений, выход которого параллельно соединен как с цифровым вольтметром, так и со входом регистрирующего самописца.

При этом входящие в устройство узлы преобразования переменного напряжения в постоянное выполнены в виде пары идентичных тональных усилителей-выпрямителей, составленных каждый последовательно связанными линейным канальным усилителем переменного тока, амплитудно-детектирующим звеном и фильтрующей ячейкой.

Функциональная блок-схема заявляемого устройства представлена на прилагаемом чертеже. Устройство содержит генератор 1 переменного тока, к выходу которого параллельно подключены катушка 2 возбуждения и первый узел 3 преобразования переменного напряжения в постоянное. Катушка 2 возбуждения установлена с одной стороны от пары диэлектрических направляющих пластин 4, 5, предназначенных для протягивания контролируемых плоских, ленточных или рулонных изделий 6. Катушка 7 измерительного преобразователя размещена с противоположной стороны от пары направляющих диэлектрических пластин 4, 5 и связана через усилитель 8 переменного тока со входом второго узла 9 преобразования переменного напряжения в постоянное. Выходы узлов 3 и 9 преобразования переменных напряжений в постоянные соединены с симметричными входами алгебраического сумматора 10 напряжений, к выходу которого параллельно приключены цифровой вольтметр 11 и регистрирующий самописец 12. Катушка 2 возбуждения и катушка 7 измерительного преобразователя расположены вдоль единой оси на фиксированном расстоянии друг от друга по обе стороны от подлежащего контролю изделия 6. Усилитель 8 переменного тока выполнен с возможностью плавной вариации коэффициента передачи по напряжению, а оба идентичных по структуре узла 3 и 9 преобразования переменного напряжения в постоянное выполнены в виде пары тональных усилителей-выпрямителей, составленных каждый последовательно связанными линейным канальным усилителем 13 переменного тока, амплитудно-детектирующим звеном 14 и фильтрующей ячейкой 15.

Устройство функционирует следующим образом.

Предварительно - перед введением подлежащего контролю изделия 6 между направляющими пластинами 4, 5 - коэффициент передачи по напряжению усилителя 8 переменного тока устанавливается таким, чтобы выпрямленные напряжения на выходах преобразовательных узлов 3 и 9 были равными друг другу по абсолютной величине, имея взаимно противоположную полярность, что нетрудно проконтролировать по нулевому показанию цифрового вольтметра 11 и соответствующей нулевой индикации пера регистрирующего самописца 12 при равенстве уровней, но противополярности напряжений на симметричных входах алгебраического сумматора 10.

После этого подлежащее контролю листовое или рулонное изделие 6 (ленты из нержавеющей стали, меди, латуни и т.п.) с помощью направляющих пластин 4 и 5 вводится в зазор между катушкой 2 возбуждения и катушкой 7 измерительного индукционного преобразователя. Наводимая полем катушки 2 возбуждения сквозь контролируемое изделие 6 переменная электродвижущая сила (ЭДС) в катушке 7 индукционного измерительного преобразователя будет при этом ослаблена по сравнению с исходной ЭДС в катушке 7, наводившейся ранее при отсутствии между пластинами 4, 5 изделия 6. Степень понижения уровня ЭДС, наводимой в катушке 7, будет при этом прямо пропорциональной экранирующему действию контролируемого изделия 6, непосредственно будучи зависимой от его толщины на контролируемом участке.

Таким образом, по сравнению с предварительно установленным балансным состоянием измерительной системы, когда сигналы постоянного тока, поступившие с выходов узлов 3 и 9 на симметричные входы алгебраического сумматора 10, взаимно усовершенствовались, обуславливая нулевые показания цифрового вольтметра 11 и самописца 12, при введении исследуемого изделия 6 между катушками 2 и 7 сигнал постоянного тока на выходе алгебраического сумматора 10, равный разности абсолютных значений потенциалов на обоих входах сумматора 10, будет строго пропорционален толщине контролируемого изделия на его исследуемом участке.

Линейная зависимость между показаниями цифрового вольтметра 11 и отклонением пара самописца 12, с одной стороны, и параметром толщины контролируемого изделия, с другой стороны, обеспечивают удобство и простоту отсчета показаний устройства непосредственно в значениях контролируемого параметра толщины.

Так, возможность непосредственного отсчета толщины изделий по показаниям вольтметра 11 с прямым переводом делений его шкалы в линейные единицы длины, характеризующие толщину изделия на контролируемом участке, достигается соответствующей установкой уровня выходного сигнала генератора 1.

Для производства профильного контроля изделий с помощью заявляемого устройства достаточно ввести исследуемое изделие в промежуток между пластинами 4, 5 и без проведения каких-либо дополнительных вспомогательных операций снимать готовые показания со шкалы цифрового вольтметра 11, а также с ленточного носителя регистрирующего самописца 12, которыми осуществляется автоматизированная регистрация как дискретных, так и плавно изменяемых (при протягивании изделия) значений толщины контролируемых изделий.

При этом расширенные оперативно-технические возможности описываемого устройства - его повышенные надежность и разрешающая способность измерений - сочетаются с максимальной простотой и производительностью (безынерционностью) профильного контроля листовых и рулонных изделий при их следящем и при их дискретно-выборочном характере профильного контроля.

Устройство предназначено для производственного непрерывно следящего и дискретно-точечного контроля толщины ленточных материалов из нержавеющих сталей и цветных металлов. Устройство имеет пару диэлектрических направляющих пластин, предназначенных для протягивания между ними контролируемого изделия. С внешних сторон пластин расположены две катушки: возбуждающая и измерительная. Возбуждающая катушка подключена к генератору переменного тока, а измерительная - к усилителю переменного тока с варьируемым коэффициентом передачи. Выходы генератора и усилителя подключены к входам соответствующих двух идентичных преобразователей переменного напряжения в постоянное. Выходы преобразователей подключены к входам алгебраического сумматора. К выходу сумматора подключены цифровой вольтметр и регистрирующий самописец. Обеспечивается линейная зависимость между параметром толщины контролируемого изделия и показаниями цифрового вольтметра, а также регистрирующего самописца. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для профилометрии рулонных и листовых изделий, содержащее пару диэлектрических направляющих пластин для протягивания контролируемых изделий, генератор переменного тока, катушку возбуждения, устанавливаемую с одной стороны контролируемого изделия, катушку измерительного преобразователя, предназначенную для размещения с противоположной стороны контролируемого изделия соосно с катушкой возбуждения на фиксированном расстоянии от нее, усилитель переменного тока, связанный входом с катушкой измерительного преобразователя, отличающееся тем, что в него введены два идентичных узла преобразования переменного напряжения в постоянное, алгебраический сумматор напряжений, цифровой вольтметр и регистрирующий самописец, а усилитель переменного тока выполнен с плавно варьируемым коэффициентом передачи, при этом катушка возбуждения и вход первого из узлов преобразования переменного напряжения в постоянное параллельно подключены к выходу генератора переменного тока, выход усилителя переменного тока соединен со входом второго из узлов преобразования переменного напряжения в постоянное, к выходам обоих указанных преобразовательных узлов подключены входы алгебраического сумматора напряжений, выход которого параллельно соединен как с цифровым вольтметром, так и со входом регистрирующего самописца. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что входящие в него узлы преобразования переменного напряжения в постоянное выполнены в виде пары идентичных тональных усилителей-выпрямителей, составленных каждый последовательно связанными линейным канальным усилителем переменного тока, амплитудно-детектирующим звеном и фильтрующей ячейкой.