Устройство для измерения толщины металлических покрытий Советский патент 1991 года по МПК G01B7/06 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для контроля измерения толщины тонких металлических покрытий на диэлектриках.

Цель изобретения - повышение точности измерения за счет отстройки от влияния изменений зазора между преобразователем и измеряемым изделием на результаты измерений, а также за счет использования системы автоподстройки нуля прибора.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для измерения толщины металлических покрытий; на фиг. 2 - схема блока управления делителем напряжения.

Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1, вихретоковый преобразователь, состоящий из обмотки 2 возбуждения и измерительных обмоток 3, 4 и 5, блок 6 обработки сигнала, выполненный, например, в виде последовательно соединенных усилителя и амплитудного детектора, и индикатор 7, резистивно-емко- стный делитель 8 напряжения, в одно из

плеч которого включен варикап 9, и который подключен параллельно с измерительными обмотками 3, 4 и 5, причем средняя точка делителя 8 соединена с точкой соединения обмоток 3 и 4, и блок 10 управления делителем, вход которого подключен к выходу блока 6 обработки сигнала, а выход соединен со средней точкой делителя 8 напряжения. Блок 10 управления делителем может быть выполнен, например, в виде последовательно соединенных дифференциального усили- теля 11 с обратной связью, к инвертирующему входу которого подключен резистор 12, а неинвертирующий вход является входом блока 10 управления, резистора 13, диода 14 и резистора 15, вывод которого является выходом блока 10, К точке соединения диода 14 и резистора 15 подключен электролитический конденсатор 16, а обратная связь выполнена на диоде 17.

Первая измерительная обмотка 3 преобразователя намотана поверх -возбуждающей, обмотки 2, а вторая измерительная обмотка 4, имеющая тот же диаметр d, что и обмотка 2, имеет в два раза большее число витков, чем измерительная обмотка 3 и находится на расстоянии 0,5 d от возбуждающей обмотки 2. Третья измерительная обмотка 5, того же диаметра d, что и обмотка 4, имеет в четыре раза больше витков, чем обмотка 3, находится на расстоянии d от возбуждающей обмотки 2 и включена последовательно согла сно с обмоткой 4.

Устройство работает следующим образом.

При включении устройства, когда преобразователь, питаемый от генератора 1, расположен вдали от контролируемого изделия, выходной сигнал индикатора 7 равен

нулю, при этом напряжение на варикапе 9 устанавливается равным среднему рабочему напряжению для данного типа варикапа. Это достигается подбором величин емкостей делителя 8. Соответствующий подбор

0 резисторов делителя 8 обеспечивает изменение сигнала в положительную сторону, при размещении преобразователя на изделии. При появлении на выходе блока 6 обработки сигнала малого по величине

5 отрицательного постоянного напряжения, обусловленного уходом нуля устройства из- за изменений внешних условий, на вход блока 10 управления делителем подается малое отрицательное напряжение, которое

0 усиливается до напряжения питания и подается через резистор 13 и диод 14 на конденсатор 16, который задает рабочее напряжения верикапа и подзаряжается до напряжения,компенсирующего отрицатель5 ный уход нуля. Первоначальный режим работы устройства восстанавливается, Саморазрядка конденсатора 16 осуществляется через цепи элементов 14, 13, 11 и 15 и варикап 9. При этом постоянная времени

0 разряда составляет несколько десятков секунд, При разряде конденсатора 16 ниже уровня, определяющего напряжение, соответствующее установке индикатора 7 устройства на нуль, осуществляется его

5 подзарядка. При уходе нуля в положительную сторону происходит медленное восста- новление нуля путем саморазрядки конденсатора 16. Таким образом, после включения устройства его выходной сигнал

0 в отсутствии измеряемого изделия будет равен нулю и будет поддерживаться при помощи автоматической регулировки напряжения на варикапе 9 независимо от времени самонагрева, температуры среды и

5 изменения других внешних условий.

При размещении преобразователя устройства на контролируемом изделии сигнал, пропорциональный величине покрытия, будет сниматься с обмоток 3, 4 и

0 5,преобразовыватьсЯ в блоке 6 обработки сигнала, а результат измерений будет фиксироваться на индикаторе 7. В промежутках между измерениями происходит автоматическая подстройка нуля выходного сигнала

5 устройства.

Выходной сигнал преобразователя в процессе измерений не будет зависеть от изменений зазора между изделием и преобразователем в пределах около 0,1 d, так как благодаря заданному расположению обмоток 2, 3, 4 и 5 изменение выходного напряжения от одной измерительной обмотки из- за изменения зазора компенсируется аналогичным изменением сигнала от других обмоток. Зависимости напряжения на каждой из обмоток 3,4 и 5 от изменения зазора будут нелинейными с разными углами наклона. При умножении сигнала от каждой из обмоток 3, 4 и 5 на соответствующий коэффициент можно добиться условий, при которых результирующий сигнал не будет зависеть от величины зазора в некотором диапазоне. Данный результат достигается путем определенного расположения обмоток преобразователя, подбором числа их витков и соответствующей настройкой измерительной схемы таким образом, чтобы в отсутствие изделия при среднем значении рабочего напряжения на варикапе 9 выходной сигнал устройства был бы равен нулю. Формула изобретения Устройство для измерения толщины металлических покрытий, содержащее генератор, накладной вихретоковый преобразователь, состоящий из аксиально расположенных возбуждающей обмотки, подключенной к выходу генератора, и двух

измерительных обмоток, включенных последовательно встречно, и последовательно соединенные блок обработки сигнала и индикатор, отличающееся тем, что, с

целью повышения точности измерения, оно снабжено третьей измерительной обмоткой, включенной между входом блока обработки сигнала и второй измерительной обмоткой последовательно согласно с ней,

резистивно-емкостным делителем напряжения, в одно из плеч которого включен варикап, подключенным параллельно с измерительными обмотками, и блоком управления делителем, включенным между

выходом блока обработки сигнала и средней точкой делителя напряжения, которая подключена к точке соединения первой и второй измерительных обмоток, вторая и третья измерительные обмотки имеют диаметры, равные диаметру d возбуждающей обмотки, расположены от нее с одной стороны на расстояниях соответственно 05d и d, число их витков соответственно в два и четыре раза больше числа витков первой

измерительной обмотки, а первая измерительная обмотка намотана поверх возбуждающей.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности измерения. Устройство содержит резистивно-емкостный делитель 8, в одно из плеч которого включен варикап 9. Изменение напряжения на выходе преобразователя устройства при отсутствии контролируемого изделия, вызванное изменением внешних условий, приводит к изменению напряжения на выходе блока 10 управления варикапом и изменению емкости последнего, что приводит к установке первоначального напряжения преобразователя. Коррекция режима настройки устройства осуществляется в моменты времени между измерениями. Выбор размеров измерительных катушек 3, 5 и 4 преобразователя, их взаимного расположения и числа их витков позволяет отстроиться от влияния на результаты измерений величины зазора между изделиями и преобразователем. 2 ил.

12

К Варикапу

Фиг. 2