Магнитный толщиномер покрытий Советский патент 1987 года по МПК G01B7/06 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для неразрушающего контроля толщины немагнитных покрытий на ферромагнитном основании Цель изобретения - повышение точности измерений путем линеаризации сигнала и выхода блока обработки сигнала.

На фиг.1 показан стержневой постоянный магнит с магниторезисто- рами; на фиг.2 - структурная схема толщиномера.

Магнитный толщиномер покрытий со- стоит из стержневого постоянного магнита 1 с размещенными на его рабочем торце магниторезисторами 2 и 3 и магниторезистором 4,размещенным на другом торце постоянного магнита 1. Магниторезисторы 2 и 4 соединены по дифференциальной схеме, для чего они запитываются через резисторы 5 и 6 от разнополярных ис- |точников питания. Незаземленные вы- воды магниторезистороБ 2 и 4 через резисторы 7 и 8 соответственно подключены к неинвертирующему входу повторителя 9, выполненного в виде операционного усилителя с выходом, под- ключенного к инвертирующему входу. Повторитель 9 совместно с операционным усилителем 10 образуют блок обработки сигнала, ,при этом выход повторителя 9 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 10 через магниторезистор 3. Операционны усилитель охвачен цепью положительной обратной связи, образованной резисторами 11 и 12. Для повышения тем пературной стабильности резистор 11 может быть выполнен в виде магннто- резистора, идентичного магниторези- сторам 2-4, и включен между неинвертирующим входом операционного уси- лителя 10 и землей, а резистор 12 включен между выходом операционного усилителя 10 и его неинвертирующим входом. Выход операционного усилителя 10 подключен к входу блока изме- рения и индикации, состоящего из последовательно соединенных цифрового измерителя 14 и индикатора 15.

Толщиномер работает следующим образом.

При установке рабочего торца стержневого постоянного магнита 1 на образец основания без покрытия токи в цепях магниторезисторов 2 и 4

0 5 0

5

с помощью резисторов 5 и 6 устанавливаются такими, чтобы их суммарное напряжение, поступающее на вход повторителя 9, равнялось нулю. Затем при установке стержневого постоянного магнита 1 на изделие с толщиной X покрытия величина магниторезисто- ра 4 почти не изменяется, а магни- торезистора 2 увеличивается. В результате на входе и выходе повторителя 9 появляется напряжение сигнала. Оно тем больще, чем больше толщина X. Однако зависимость сигнала от X нелинейна и носит гиперболический характер. Такая зависимость характерна для магниторезисторов, размещенных в зазоре между постоянным магнитом и ферромагнитной пластиной. Далее сигнал подается через магниторезистор 4 на вход операционного усилителя 10. Поскольку величина сопротивления магниторези- стора 3 изменяется так же, как и магниторезистора 2, а от этого сопротивления зависит коэффициент К, усиления усилителя 10, то значение К„|, оказывается такой функцией толщины X, что результирующая зависимость сигнала Ug, на выходе усилителя 10 от толщины X оказывается строго линейной. После этого остается только измерить Ugm с помощью цифрового измерителя 14, установив в нем соответствующий масштабный множитель, и отобразить измеряемую величину толщины на индикаторе 15. Требуемая линейная зависимость с помощью цепи положительной обратной связи получается следующим образом.

Обозначим величину сопротивления магниторезисторов 2 и 3 через Rj и RJ. Тогда их зависимость от толщины X покрытия имеет вид

R о - R 1 - R,

А + х

(1)

где RJJ - величина сопротивлений магниторезисторов при X W ;

А и Хр - константы, определяемые параметрами магниторезисторов и величиной магнитного поля магнита также

при X 06 .

С учетом компенсации начального сигнала при х О напряжение U сигнала на выходе повторителя описывается зависимостью

и,

вх

+ X

где В const, определяемая в частности током через магниторезисторы 2 и 4.

Коэффициент передачи усилителя, охваченного положительной и отрицательной обратными связями, определяется формулой

. (к R., 11

. 11

Rf2)

ОС

R, - R.

Rji RU

де R

11

R

12

И R

1

сопротивления резисторов 11, 12 и 13 соответственно.

Подставив в (3) выражение для R з (1) и учитывая (2), получим для апряжения U сигнала на выходе опеационного усилителя 8Х

V(Хо-Х)

V

-R

R

13

R

17

(4)

) R,

При условии (R, R что всегда можно сделать, например, подбором одного из этих сопротивле - НИИ, получим

(х

-н х) - СХ, (5)

+ X

где С - новая константа.

Формула показывает, что на выходе операционного усилителя напряжение сигнала оказывается строго пропорциональным измеряемой толщине х покрытия. Роль цепи положительной обратной связи заключается в ком

76504

пенсации начальной величины Rp сопротивления магниторезистора 3. В результате измерение выполняется с более высокой точностью, чем это обеспечивают схемы линеаризаторов в известных приборах и без применения этого сложного устройства.

10 Формула изобретения

1. Магнитный толщиномер покрытий, содержащий стержневой постоянный магнит, магниточувствительный эле15 мент,- размещенный на рабочем торце постоянного магнита, последовательно соединенные блок обработки сигнала и блок измерения и индикации, отличающийся тем, что, с це20 лью повышения точности измерения, он снабжен вторым магниточувствительным элементом, размещенным рядом с первым на рабочем торце стержневого постоянного магнита, и размещенным

25 на другом торце последнего третьим магниточувствительным i элементом, магниточувствительные элементы выполнены в виде идентичных магнито- резисторов, блок обработки сигнала

30 выполнен в виде повторителя и операционного усилителя, соединенного с инвертирующим входом через второй магнитореэистор с выходом повторителя, первый и третий магниторези25 сторы соединены по дифференциальной схеме и подключены к входу повторителя, а операционный усилитель охвачен цепями положительной и отрицательной обратной связи, его выход

40 является выходом блока обработки сигнала.

2. Толщиномер по п.1, о т л и - чающийся тем, что он снабжен четвертым идентичным магнито45 резистором, посредством которого ненивертирующий вход операционного усилителя в цепи положительной обратной связи соединен с землей.

лон oSpaSomMu сигма/та иэ е/генм и

l/fffftfftCftfifU

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для неразрушающего контроля толщины немагнитных покрытий на ферромагнитном основании. Цель изобретения - повышение точности измерений. Цель достигается путем линеаризации сигнала с выхода блока обработки сигнала. При размещении торца стержневого постоянного магнита 1 на контролируемом изделии изменяются сопротивления магни- торезисторов 2 и 3. Разностный си1- нал, определяемый разностью сопротивлений магниторезисторов 2 и 4, поступает через магниторезистор 3 на вход операционного усилителя. Коэффициент усиления последнего автоматически изменяется за счет маг- ниторезистора 3, обеспечивая линеаризацию без применения сложных лине аризаторов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. сл 00 со | Oi ел (риГ.1