Электромагнитный толщиномер покрытий Советский патент 1985 года по МПК G01N27/90 

Изобретение относится к контролно-изг(ерительной технике и может быть использовано для измерения толщины покрытий на металлических деталях методом вихревых токов.

Целью .изобретения является повышение точности измерений.

На фиг.1 представлена структурная схема толщиномера; на фиг.2 и 3 - положения преобразователя толщиномера дпя калибровки и измереиия соответственно.

Толщиномер содержит вихретоковы преобразователь 1, выполненный в виде набора соосно расположенных катушек индуктивности, число N которых в первом варианте выбрано- из условия, чтобы расстояние между соседними катушками было меньше допустимой абсолютной погрешности измерений. Расстояние между крайними катушками в обоих вариантах равно диапазону измерения.

Толщиномер содержит также коммутатор 2, ко. входам которого подключен вихретоковый преобра:зователь 1, соединенные последовательно генератор 3, блок 4 обработки сигналов, ко входу которого, подключен коммутатор 2, компаратор 5, блок 6 управления, к выходу которого подключен вход управления коммутатора 2, счетчик 7, блок 8 постоянной памяти, согласующий блок 9 (для варианта) и индикатор 10. Устройство содержит также соединенные последовательно переключатель 11 и блок 12 памяти, включенные между первым и вторым входами компаратора 5. Для управления преобразователя устройство содержит дополнительно блок 13 интерполяции, включенный между выходом компаратора 5 и вторым входом блока 9, выполненного в виде сумматора.

Толщиномер работает следующим образом.

Перед началом измерений производится калибровка толщиномера, для чего вихретоковьй преобразователь 1 устанавливается на образец основания 14 без покрытия 15 (фиг.2). Блок 6 управления устанавливает коммутатор 2 в положение, когда подключена верхняя катушка, с помощью переключателя 11 блок 12 памяти подключается к выходу блока 4 обработки сигнала. Амплитуда

и фаза сигнала, снимаемого с катущки, зависят от расстояния HO (фиг.2) до металла основания 14. В блоке 4 обработки сигнала сигнал вы-

деляется,производится его обработка, например по амплитудно-фазовому способу, с целью обеспечения отстройки от влияния свойств металла основания 14 (электропроводность

и др.) . Выпрямленный сигнал в виде постоянного напряжения поступает через замкнутый контакт переключателя 11 на вход блока 12 памяти. В блоке 12 памяти происходит запоминание уровня сигнала на верхней катушке при установке вихретокового преобразователя 1 на основание 14 без покрытия 15. После этого толщиномер готов к измерениям. При

измерении вихретоковый преобразователь 1 устанавливается на осиование 14 с покрытием 15 Сфиг.З) . За счет наличия покрытия все катушки оказываются приподнятыми над поверхностью основания 14, и на том месте, где при калибровке находилась верхняя катушка, оказьюается некоторая промежуточная катушка, сигнал от которой равен первоначальному сигналу на верхней катушке при калибровке. Найдя по величине этого сигнала катушку соответствзтощую, можно определить измеряемую толщину покрытия 3 равенства

Х 0 к или из равенства

(1)

h, Нк

где Н| - расстояние между найденной 40 катущкой индуктивности и рабочим торцом вихретокового преобразователя I (фиг.З) ; Н - расстояние между найденной соответствующей катушкой и верхней катушкой.

45 HO, Нц, нц , будучи конструктивными параметрами вихретокового преобразователя 1, известны. Для упрощения был рассмотрен случай, когда толщина покрытия оказалась в точности равной расстоянию Н .

Поиск соответствующей катушки осуществляется следующим образом.

Блок 6 управления вьщает команды (импульсы), по которым коммутатор 2 поочередно подключает к генера тору 3 и блоку 4 .обработки сигиала катушки вихретокового преобразователя 1, начиная, например, с нижней,

На каждую катушку при этом подается ток от генератора 3 cигнaл,снятый с катушки,обрабатывается в блоке 4 обра ботки сигнала, и подается на вход компаратора 5, в котором происходит сравнение напряжения сигнала с уровнем, заполненным в блоке 12 памяти. о тех пор, пока между этими напряжениями имеется отличие и ихразность сохраняет знак, блок 6 управления продолжает последовательно переключать катушки. Как.только указанные напряжения сравняются (что будет свидетельствовать о том, что к схеме оказалась подключенной катушка, расположенная на расстоянии от поверхности основания 14) или их разность изменит знак, на выходе компаратора 5 появится сигнал, который остановит вьщачу команд блоком 6 управления. .Счетчик 7, производящий счет команд (импульсов, поступающих с выхода блока 6 управения, перестанет их считать и в нем будет зафиксирова:ко число, соответствукяцее номеру найденной катушки. Это число, например, в параллельном коде с выходов счетчика 7 поступает на адресные входы блока 8 постоянной памяти. В нем хранятся значения измеряемой толщины h , соответствующие номеру каждой катушки. Таким образом, при подаче на адресные входы блока 8 постоянной памяти номера найденной соответствующей на его выходе (выходах) появится в цифровом коде значение, соответствующее толщине покрытия, которое, пройдя через согласующий блок 9, поступит на индикатор 10 для высвечивания результата измерения на цифровом табло.

Таким образом осуществляется измерение при выполнении толщиномера по первому варианту.

Расстояния между катушками 1(jf в простейшем случае одинаковы, хотя они могут быть и различны. Число N катушек не менее 3, так как иначе невозможно измерить никакое значение толщины, кроме самого значения Н. Вьше был рассмотрен случай, когда толщина покрытия оказалась кратной расстоянию между катушками. Когда это не так (уровень Но оказался между какимито катушками), необходимая точность измерения в первом варианте обеспечивается выбором числа катушек

N из условия, чтобы расстояние между ними было меньше допустимой погрешности измерения. В этом случае при толщине h , значение которой лежит между HJ и н.ц , высвечивание на табло индикатора 10 значения Нц или Н1(.+ приведет к ошибке, не превьш1ающей допустимую погрешность. При дополнении толщиномера блоком 13 интерполяции число катушек N не подчиняется условию, чтобы расстояние между ними бьшо меньше погрешности, так как оно может оказаться большим

и вихретоковьй преобразователь 1 получится сложным технологически и конструктивно. Для упрощения преобразователя число катушек выбирается сравнительно небольшим, так

0 что расстояние между ними превышает допустимую погрешность.В этом случае в схеме толщиномера используется блок 13 интерполяции. При втором варианте работа толщиномера

5 протекает так же, как описано вьш1е в случае, если h Нц . При толщине покрытия, значение которой лежит между Н и , с выхода компаратора 5 снимается напряжение

0 uU , являющееся разностью между тем уровнем, который хранится в блоке 12 памяти, и фактическим уровнем сигнала, снимаемого с блока 4 обработки сигнала.

В блоке 13 интерполяции вычисля5ется дополнительное значение д/tx толщины, на которое отличается реальная величина Ц , от н (или от н((,+) . Это вычисление может осуществляться по формуле

д N |- ,(2)

где величина д- крутизна наклона характеристики преобразователя в

5 точке Ь X Н р. Величина $ вводится в блок 13 интерполяции как один из . параметров его схемы и может устанавливаться при первоначальной настройке толщиномера. Формула (

0 записана для случая линейной интерполяции, хотя возможно применение интерполятора более высокого порядка.

На выходе блока 13 интерполяции 5 вычисленное добавочное значение дНх представляется в цифровом виде и подается на дополнительный вход сумматора 9. В сумматоре 9 произво)1201743«

дится суммирование чисел, поступа-ра 9 появляется их сумма, вьфажаюS 8 и 13 и вьфажающихщая точное значение измеряемой

с ветс венио значения толщины (1 толщины, которое и высвечивается

и поправки UK На выходе суммато-на индикаторе 10.

1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЬЙ ТОЛЩИНОМЕР ПОКРЫТИЙ, содержащий вихретоковьй преобразователь, соединенные последовательно генератор и блок обработки сигнала и индикатор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен коммутатором, выход которого подключен к блоку обработки сигнала, соединенными последовательно переключателем, подключенным к выходу блока обработки сигнала. и блоком памяти, соединенными последовательно компаратором, один вход которого подключен к блоку обработки сигнала, а другой - к блоку памяти, блоком управления, выход которого подключен к компаратору, счетчиком, блоком постоянной памяти, согласующим блоком, выходы которого соединены с входами индикатора, а вихретоковьй преобразователь выполнен в виде соосных катушек, подклю ченньпс к коммутатору, число которых выбрано из условия, чтобы расстояние между соседними катушками было меньше допустимой абсолютной погрешности, а расстояние между крайними катушками равно диапазону измерения . 2. Толщиномер по п.1, о т л и чающийся тем, что он снабжен блоком интерполяции, включенным между выходом компаратора и вторым входом согласующего блока, выполненного в виде сумматора.

Осно8иние1Ч

2-2

Основание П Фиг.З