Устройство для измерения толщины стенки изделий из немагнитных материалов Советский патент 1990 года по МПК G01B7/06 

Фиг.з

Изобретение относится к метрологии и может быть использовано для из- hieiJBHHH толщины стенки сложнопрофиль- ных изделий из немагнитных материалов в условиях производства.

Целью изобретения является повы- шение производительности и точности измерения за счет обеспечения возможности проведения непрерывного изме- . рения толщины стенки изделия и использования в устройстве элемента Холла в качестве чувствительного узла.

На фиг. 1 изображено устройство для измерения; на фиг. 2 - схема измерения толщины криволинейной стенки изделия; на фиг, 3 - схема подсоединения элемента Холла; на фиг. 4- экспериментальные графики для определения поправочного коэффициента при выборе ,диаметра вспомогательного ферромаг- нитного элемента в виде шарика.

Устройство содержит источник 1 магнитодвижущей силы и вьшолненный в виде шарика вспомогательньй ферромагнитный элемент 2, предназначенные для размещения с противоположных сторон измеряемой стенки изделия 3, блок 4 питания} блок 5 измерения, блок 6 регистрации, при этом источник 1 маг нитодвижущий силы выполнен в виде постоянного магнита 7 с наконечником 8 из магнитострикционного материала на рабочем торце блок 4 питания выполнен в виде последовательно соединенных источника 9 постоянного напряжения, генератора 10 и стабилизатора 11, а блок 5 измерения - в -виде закрепленного на рабочем торце постоянного магнита 7, охваченного наконечником .8 элемента 12 Холла, два электрода 13 и 14 которого подключены к выходу стабилизато- . ра 11, а два других его электрода 15 и 16 соединены с блоком 6 регистрации.

Диаметр вспомогательного ферромагнитного элемента 2 определяют по следующей зависимости:

D 0,145

V i-LI м-. Р-а

де В - магнитная индукция;

S - площадь поперечного сечения

наконечника магнита; и магнитная проницаемость возЛУха;о - плотность ферромагнитного

элемента;

а - ускорение свободноггэ падения. Известно, что подъемная сила нита определяется по формуле

FM

В2- S

Т8

(1)

где S - площадь поперечного сечения магнита;

jWp- магнитная проницаемость воздуха;

В - магнитная индукция. Подъемная сила магнита удерживает шарик определенной массы. Сила, кото- рая отрывает шарик от магнита, равна

FU, m-d.(2)

Масса шара и его объем определяются соответственно по формулам

m

f V,

V . Г-ВЗ, о

(3) (4)

25

где а - ускорение свободного падения; р - плотность шара; D - диаметр шара.

При удержании шарика магнитом в момент его отрыва силы должны быть 30 равны

F F л - ш

(5)

Подставив в формулу (2) формулы (3) и (4), получим:

35 Р-ТГ- рз-а

Ыft

(6)

Подставив (1) и (6) в равенс во (5) и сделав необходимые преобразо- . вания, получим:

ni|6 -в S „ , „ Л IB S f.

0,425V. (7;

f.W

По формуле (7) определяется диаметр 5 шарика, который удерживается на магните в момент его отрыва, а при измерении толщины стенки этот диаметр необходимо уменьшить в зависимости от заданной максимальной толшрины П измеряемой стенки и магнитной индукции магнита.

Экспериментально определен поправочный коэффициент. Были взяты несколько шариков различных диаметров и магниты с различной магнитной ин- дук11;ией и на основании эксперимента были построены графики (фиг. 4) зависимости диаметра шарика D от расстояния 1, с которого он начинает

5159752

притягиваться к магниту. Поправочный коэффициент с различными магнитами бьиг получен от 1,45 до 2,9. С учетом максимального размера (1 ориентировочно равно 25 мм) выбран поправочный коэффициент, равньш 2,9. Тогда диаметр шарика с учетом поправочного коэффициента равен:

D 0,145

В2 S

(8)

o-f-a

Рассчитанный по формуле (8) диамет шарика округляется в меньшую сторону до его ближайшего стандартного раз- мера.

Устройство для измерения толщины стенки изделия работает следующим образом.

Источник 1 магнитодвижущей силы устанавливают с одной стороны измеряемой стенки изделия 3, а с противоположной - дополнительный ферромагнитный элемент 2, который притягивается магнитом 7. Затем включает- ся блок 4 питания. При подаче тока на электроды 13 и 14 помещенного в магнитное поле элемента 12 Холла на середине его боковых граней (электроды 15 и 16) перпендикулярно току, возникает ЭДС Холла V Ex b, где b - ширина элемента Холла; Е - напряженность электрического поля (поле Холла), которая в свою очередь.

равна Е R H-i, где R - коэффициент Холла; Н - напряженность магнитного поля; j - плотность тока в проводнике.

ЭДС Холла регистрируется блоком 6.

При перемещении устройства вдоль из-

меряемой стенки изделия 3 перемещает- ся также элемент 2, при изменении толщины стенки изделия 3 изменяется расстояние между элементом 2 и на59752

й м й

10

р /г

20 25ЗО

35

п

4U

16

конечником, а следовательно, и ЭДС Холла. Это изменение фиксируется блоком 6 регистрации. Шкала блока 6 регистрации может быть проградуирована в миллиметрах и показывать сразу толщину измеряемой стенки изделия 3 в любом сечении, не прерывая процесс измерения.

Технико-экономический эффект от использования изобретения заключается в повышении производительности и точности измерения за счет непрерывного измерения толщины стенки и применения элемента Холла, а также в упрощении конструкции.

Формула изобретения

Устройство для измерения толщины стенки изделий из немагнитных материалов, содержащее источник магнитодвижущей силы и выполненный в виде шарика вспомогательный ферромагнитный элемент, предназначенные для размещения с противоположных сторон измеряемой стенки, блок питания, блок измерения и блок регистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности и точности измерения, источник магнитодвижущей силы выполнен в виде постоянного магнита с наконечником из магнито- стрикционного материала на рабочем торце, блок питания вьшолнен в виде последовательно соединенных источника постоянного напряжения, генератора и стабилизатора, а блок измерения выполнен в виде закрепленного на рабочем торце постоянного магнита, охваченного наконечником элемента Холла, два электрода которого подключены к выходу стабилизатора, а два других его электрода соединены с блоком регистрации.

12

Изобретение может быть использовано для измерения толщины стенки сложнопрофильных изделий из немагнитных материалов в условиях производства. Целью изобретения является повышение производительности и точности измерения, что достигается за счет обеспечения проведения непрерывного измерения толщины стенки изделия в процессе его изготовления, а также за счет использования в устройстве элемента Холла в качестве чувствительного узла. В процессе работы постоянный магнит наконечником размещают на поверхности измеряемой стенки изделия, с другой стороны которой размещают вспомогательный элемент. При изменении толщины стенки изделия изменяется расстояние между элементом и наконечником 11, а следовательно, и элементом 12 Холла, ЭДС которого измеряется и регистрируется блоком 6 регистрации. По показаниям блока 6 судят о толщине контролируемой стенки изделия. Возможна градуировка шкалы блока 6 регистрации непосредственно в мм, что позволяет производить отсчет толщины стенки изделия в любом сечении в процессе контроля. 4 ил.

,lk

5 10 15 20 25 30 fPU2M