Ультразвуковой безэталонных толщиномер Советский патент 1988 года по МПК G01B17/02 

4 4

Изобретение относится к измерительной технике и можегг найти применение в различных отраслях машиностроения дпя измерения толшин из различных металлов и сплавов, керамик, стекол и др. материалов без предварительной настройки на скорость распространения ультразвуковых колебаний в материале измеряемого объекта. Цель изобретения - повышение точности измерений толщиномера. Принцип действия толщиномера основан на измерении времени распространения про- ;дольных и головных ультразвуковых волн в исследуемом образце. Повышение точности измерения толщиномера достигается за счет изменения последовательности разряда накопительных конденсаторов и, как следствие, увеличения скорости разряда этих конденсаторов в конце временного интервала разряда путем введения последовательно соединенных между собой компараторов, число которых на единицу меньше числа накопительных конденсаторов, причем каждый из компараторов подключен параллельно одному из накопительных конденсаторов. 2 ил. (Л

СО

сл

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в любой отрасли машиностроения для измерения толщины изделий из различных металлов, сплавов, керамик и других материалов без предварительной настройки на скорость распространения ультразвуковых колебаний в материале измеряемого объекта, а также для измерения скорости распространения продольных ультразвуковых колебаний в этих материалах при одностороннем доступе к контролируемому объекту.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На фиг, представлена структурная схема предлагаемого ультразвукового безэталонного толщиномера; на фиг,2 временная диаграмма, поясняющая принцип действия толщиномера.

Ультр.азвуковой безэталонный толщиномер (фиг,1) содержит устройство 1 для излучения и приема ультразвуковых волн, генератор 2 квазипостоянного тока заряда, вход которого соединен с одним из выходов устройства 1, управляемый генератор 3 квазипо- стоянного тока разряда, вход которого соединен с другим выходом устройства 1, первый накопитель (накопителный конденсатор) 4, соединенньй с выходами обоих генераторов 2 и 3, схму 5 выделения временного интервала разряда накопительного конденсатора, вход которой соединен с первьм накопительным конденсатором 4, измерител 6 временных интервалов, вход которого соединен с выходом cxe№i 5, первый компаратор 7, вход которого соединен с электродом первого накопителного конденсатора 4, соединенным с генераторами 3 и 2 квазипостоянных

токов, а его выход соединен с вторым электродом первого накопительного конденсатора 4, первое звено, состоящее из параллельно соединенных стабилитрона 8, накопительного конденсатора 9 и второго компаратора 10, последовательно соединенное с первым накопительным конденсатором 4, второе звено состоящее из параллельно соединенных стабилитрона 11 и накопительного конденсатора 12, последовательно соединенного с первым зве - ном. На фиг.1 для определенности показаны два звена 8, 9, 10 и 11, 12,

0

Q 5

0

5

0

5

Чем больше будет количество звеньев, используемых в этих устройствах, тем шире диапазон.длительностей измеряемых импульсов, а значит, и диапазон измеряемых толщин.

Показанные на фиг,2 эпюры напряжений имеют следующие обозначения:

1- напряжение на входе генератора 2; эпюра 2 напряжение в т,А фиг,1 эпюра 3 - напряжение на выходе схемы 5; Ug, и., - напряжения стабилизации стабилитронов 8 и 11 соответст венно, Е„, - напряжение питания генератора 2 квазипостоянного тока, причем сплошная линия эпюры 2 - изменение напряжения в т,А, штрих- пунктирная линия эпюры 2 - изменение напряжения в т,а в. случае, если бы не бьтпо компараторов 7 и 10,

Ультразвуковой безэталонньш толщиномер работает следующим образом,

С выхода устройства 1 прямоугольный импульс (эпюра I на фиг,2) длительностью, прямо пропорциональной измеряемой толщине изделия, поступает на вход генератора 2 квазипостоянного тока. Током с выхода генератора

2линейно заряжаются накопительные конденсаторы 4, 9 и J2, Если их емкости выбраны в соотношении, например, 1:10:100 и порог срабатывания первого компаратора 7 равен, например, О,I Ug, а порог срабатывания

, второго компаратора 10 равен, например, 0,1 и, то напряжение на всей цепочке конденсаторов в т,А нарастает кусочно-линейно (показано на эпюре 2 сплошной линией), Раньше остальных до напряжения стабилизации стабилитрона П (и на эпюре 2) зарядится накопительньй конденсатор 12, а затем до напряжения Ug стабилизации стабилитрона 8 зарядится накопительный конденсатор 9, При увеличении напряжения на накопительном конденсаторе 9 свьшге напряжения порога срабатывания второго компаратора 10 последний открывается и задает дополнительный ток через уже открытый стабилитрон 11, Аналогично при увеличении напряжения на первом накопительном конденсаторе 4 свыше напряжения порога срабатывания первого компаратора 7 последний открывается и задает дополнительный ток через стабилитроны 8 и 11, Максимальное напряжение в т,А, при котором возможен дальнейший линейный заряд .

314

первого накопительного конденсатора 4, определяется напряжением питания генератора 2 квазипостоянного тока (эпюра 2).

Относительно медленный разряд цепочки накопительных конденсаторов 4, 9 и 12 после окончания действия импульса тока заряда (эпюра 1) происходит в обратном порядке. Первым ряэ ряжается первый накопительный конденсатор 4, так как до тех пор, пока напряжение на нем не уменьшится до порога срабатывания первого компаратора 7, на накопительных конденса- торах 9 а 12 поддерживаются напряжения Ug .и и соответственно токами открытых компараторов 7 и 10, При уменьшении напряжения на первом на- ,копительном конденсаторе 4 ниже поро- га срабатывания первого конденсатора 7 последний закрывается и перестает поддерживать ток через стабилитрон 8 При этом начинает разряжаться накопительный конденсатор 9. Последним раз- ряжается накопительный конденсатор 12 до тех пор, пока напряжение на накопительном конденсаторе 9 не снизится до напряжения порога срабатывания второго компаратора 10 и послед- НИИ не закроется и не перестанет поддерживать ток через стабилитрон 11. Разряд накопительных конденсаторов 4, 9 и 12 происходит кусочно-линейно (эпюра 2) через генератор квазипог стоянного тока разряда, величина которого выбирается из необходимого соотношения длительностей измеряемого импульса (эпюра 1) и импульса на выходе схемы 5 (эпюра 3) выделения интервала разряда конденсаторов 4, 9 и 12.

Б измерителе 6, соединенном с выходом схемы 5, прямоугольный импульс (эпюра 3) заполняется короткими им- пульсами, число которых подсчитывается счетчиком и индуцируется цифровым индикатором, также содержапщмся в измерителе 6.

В результате в предложенном без- эталонном толщиномере при указанном соотношении емкостей конденсаторов 4, 9 и 12 заряд этих конденсаторов начинается и заканчивается с наибольшей скоростью, т.е. зарядом и разря- дом накопительного конденсатора 12, имеющего наименьшую скорость, и не зависит от числа звеньев, последовательно соединенных с первым накопи95

тельным конденсатором, и длительности измеряемого импульса. Это приводит к более точной и стабильной фиксации начала и конца импульса на выходе схемы 5 (эпюра 3) выделения интервала разряда конденсатЪров 4, 9 и 12.

Без компараторов 7 (как в прототипе) разряд конденсаторов 4, 9 и 12 заканчивался бы разрядом конденсатора с максимальной емкостью (первый накопительный конденсатор 4), т.е. разрядом с наименьшей скоростью (штрихпунктирная линия эпюры 2). При больших длительностях измеряемого

.интервала, что соответствует большим измеряемым толщинам, конечный участок разряда конденсаторов 4, 9 и 12 оказьгоается очень пологим. При всегда имеющейся нестабильности порога фиксации импульса на выходе схемы 5 (эпюра 3) выделения временного интевала разряда точность выделения временного интервала разряда была бы низкой.

Таким образом, введение в схему безэталонлого толщиномера одного или несколько компараторов, число которы на единицу меньше числа накопительны конденсаторов, позволяет по сравнени с протипом повысить абсолютную точность толщиномера и стабильность его показаний ( вследствие повЬШ1ения точности и стабильности фиксации временного интервала разряда).

Формул а изобретения

Ультразвуковой безэталонный тол- щиномер, содержащий устройство для излучения и приема импульсов продольных и головных ультразвуковых волн, генератор квазипостоянного тока заряда, вход которого соединен с одни из выходов устройства для излучения и приема ультразвука, управляемый генератор квазипостоянного тока разряда, вход которого соединен с дру- гим выходом устройства для излучения и приема ультразвука, цепочку, состоящую по крайней мере из двух включенных последовательно накопительных конденсаторов, соединенную в одной точке с выходами обоих генераторов квазипостоянных токов заряда и разряда, стабилитроны, шунтирующие все накопительные конденсаторы, кроме первого, непосредственно соединенного с выходами генераторов квазипостоянных токов, схему выделения временного интервала разряда, вход ко торой соединен с первым накопительным конденсатором в точке его соеди нения с выходами обоих генераторов квазипостоянных токов, и измеритель временных интервалов, вход которого соединен с выходом схемы вьщеления временного интервала разряда, отличающийся тем, что, с

14А1195

цепью повьппения точности измерения, в него введены последовательно соединенные между собой компараторы, число которых на единицу меньше числа накопительных конденсаторов, каждый из компараторов подключен параллельно одному из накопительных конденсаторов, причем вход первого компаратора соединен с входом схемы выделения временного интервала разряда .

10

Фил. г