Вихретоковый преобразователь толщиномера покрытий Советский патент 1993 года по МПК G01B7/10 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, а именно к устройствам для измерения толщины различных покрытой на металлических основах.

Известна конструкция накладного вих- ретокового преобразователя, содержащего излучающую и приемную индуктивные катушки с взаимно перпендикулярными осями.

. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является трехобмоточ- ный вйхретоковый преобразователь. Этот преобразователь содержит стержневой ферромагнитный сердечник с тремя индуктивными катушками. Две катушки являются приемными. Они включены последовательно-встречно и расположены по обеим сторонам от третьей излучающей. Одна из

приемных катушек подвижна относительно других. Центры приемных катушек размещены симметрично относительно центра излучающей катушки и лежат на одной с ней прямой. Все катушки намотаны вдоль этой прямой (оси), которая представляет собой стержневой ферромагнитный стержень.

Благодаря наличию двух приемных катушек, расположенных в параллельных плоскостях,и включенных последовательно-встречно, этот преобразователь имеет повышенную помехозащищенность к внешним электромагнитным помехам.

Недостатком этого преобразователя является его чувствительность к изменениям кривизны поверхности основы в области измеряемой толщины покрытия. Ток, если из-ч ю

CN

оо

CD 00

мерения проводятся на вогнутой поверхности, то воспринимается тем больший сигнал, чем меньше радиус кривизны. Если же измерения проводятся на выпуклой поверхности, то с уменьшением радиуса кривизны сигнал уменьшается.

Величина изменения воспринимаемого сигнала за счет изменения радиуса кривизны выпуклости или вогнутости поверхности основы соизмерима, а в большинстве случаев значительно превышает изменение воспринимаемого сигнала, обусловленное изменениями толщины покрытия. Это в свою очередь обуславливает низкую точность измерений толщины покрытий металлических основ с изменяющимися радиусами кривизны поверхностей, а в большинстве случаев вообще не позволяет оценить толщину покрытий с какой-либо достоверностью.

Применение эталонных образцов с заданной кривизной поверхностей позволяет уменьшить погрешность измерений толщины покрытий металлических деталей (повер- хностей) при сравнительно малой погрешности изменения радиусов кривизны-их поверхностей по отношению к эталонным,

В данном случае необходимо наличие широкого спектра эталонных образцов, что в общем случае довольно затруднительно, а для случаев необходимости измерения толщины покрытий с изменяющимся радиусом кривизны поверхности или сложностью определения этого радиуса вообще не приемлемо,

Другим недостатком известного преобразователя является восприятие максимальною сигнала от основы при отсутствии покрытия и уменьшение этого сигнала с увеличением толщины покрытия, т.е. для измег рений необходимо специально дополнительное устройство для компенсации первоначального сигнала. Это неудобно и вносит дополнительные погрешности измерений.;

Цель изобретений - повышение точности при измерении толщины покрытий выпукло-вогнутых изделий и удобства эксплуатации,

Цель достигается тем, что вихретоковый преобразователь толщиномера покрытий, содержащий излучающую катушку, закрепленную на стержневом ферромагнитном сердечнике, и две соосные приемные катушки, включенные последовательно-встречно, .в котором центры приемных катушек расположены симметрично относительно центра излучающей катушки и лежат на одной с ним прямой, он снабжен, по меньшей мере, двумя дополнительными стержневыми ферромагнитными сердечниками, установленными параллельно основному сердечнику симметрично относительно него и с возможностью независимого перемещения вдоль своих осей, а ось приемных катушек перпендикулярна оси излучающей.

Кроме того, основной сердечник установлен асимметрично относительно центра

0 излучающей катушки так, что его рабочий конец короче его другого конца.

Кроме того, рабочие концы дополнительных сердечников изогнуты в виде боковых зубцов трезубца.

5 На фиг. 1 приведена конструкция вихревого преобразователя толщиномера; на фиг.2 - вариант конструкции вихретокового преобразователя толщиномера, вид снизу; на фиг.З - вариант конструкции вихретоко0 вого толщиномера; на фиг.4 - характеристики зависимости амплитуд воспринимаемых сигналов от толщины покрытия металлической основы для случаев симметричного и асимметричного расположения основного

5 стержневого ферромагнитного сердечника: на фиг,5-характеристики зависимостей амплитуд воспринимаемых сигналов от изменения радиуса кривизны основы и от соответствующего перемещения -дополни-0 тельных стержневых ферромагнитных сердечников.

Вихретоковый преобразователь толщиномера (фиг.1, 2,3)содержит корпус 1, излучающую катушку 2, намотанную вдоль

5 основного стержневого ферромагнитного сердечника 3, проходящего через центр 4 излучающей катушки, соосно ее оси 5, приемные катушки 6, 7 включены последов а- тельно-встречно и намотаны вдоль оси 8

0 перпендикулярной оси 5, стержневые ферромагнитные сердечники 9,10 установлены с противоположных сторон от основного сердечника 3, параллельно ему, водной плоскости с ним, винты 11, 12 прижимают пру5 жины 13, 14 к концам соответствующих дополнительных сердечников 9, 10, другие концы которых предназначены для соприкосновения с покрытием 15 металлической основы 16. Дополнительные стержневые

0 ферромагнитные сердечники 9,10 обладают подвижностью вдоль основного сердечника 13. Размер 17 между концом основного сердечника 3 и центром 4 излучающей катушки 2 может быть меньше или равен размеру 18,

5 между центром 4 и свободным концом основного сердечника 3.

Вихретоковый преобразователь толщиномера (фиг.2) может быть снабжен несколькими парами дополнительных стержневых ферромагнитных сердечников,

например, дополнительными сердечниками (9-1, 10-1), (9-2, 10- 2), (9-3, 10-3).

Рабочие концы 19, 20 соответственно дополнительных сердечников 9, 10 (фиг.З) предназначенных для соприкосновения с покрытием 15 могут быть выполнены, например, в виде боковых зубцов трезубца.

Проведенные исследования показали, что в случае, когда размеры 17, 18 равны друг другу и ось 8 (фиг.З) соединяющая центры 21, 22 соответствующих цатушек б, 7 проходит через центр 4 излучающей катушки 2, зависимость амплитуды воспринимаемого сигнала от толщины покрытия 15 металлической основы 1§, име§т вид кривой 23 (фиг.4, где на оси ординат 24 - амплитудное значение воспринимаемого приемными катушками сигнала, а на оси абсцисс 25 толщина покрытия). Эти исследования показали, что можно так выбрать соотношения размеров 17,18, при этом размер 17 должен быть меньше размера 18, что кривая зависимость амплитуды воспринимаемого сигнала от толщины покрытия будет иметь вид кривой 26, а именно, при отсутствии покрытия сигнал отсутствует и с увеличением толщины покрытия он увеличивается. Это в отличие от известных конструкций преобразователей не требует дополнительных компенсирующихустройств, что соответственно уменьшает дополнительную погрешность измерения и удобно при эксплуатации преобразователя.

Исследования показали, что для конструкции вихретокового преобразователя толщиномера с асимметричным расположением основного стержневого ферромагнитного сердечника 3. т.е. для случая когда расстояние 17 меньше расстояния 18 и характеристика чувствительности преобразователя имеет вид кривой 26. при изменении кривизны основы, например, при уменьшении радиуса кривизны вогнутой поверхности основы с сохраняющимся постоянным контактом между, основным сердечником 3 и покрытием 15, характеристика зависимости амплитуды воспринимаемого сигнала от изменения радиуса кривизны имеет вид кривой 27 (фиг.5, где на оси ординат 28 - амплитуда воспринимаемого сигнала, а на оси абсцисс 29 - линейное перемещение точки основы на каком-то фиксированном расстоянии от места соприкосновения основного сердечника 3 с покрытием) В случае, когда имеет место уменьшение радиуса кривизны выпуклой поверхности отмеченная характеристика имеет вид кривой 30. Как в том, так и в другом случаях значения этих сигналов непосредственно определяют погрешности измерения толщины покрытия. Диапазон измерений значений сигналов за счет изменения кривизны выпукло- вогнутой поверхности основы находится в пределах, а во многих случаях и значительно 5 превышает диапазон изменений, сигналов от изменяющейся толщины покрытий. Последнее обуславливает повышенную погрешность измерений за счет изменения радиуса кривизны выпукло-вогнутой повер0 хности основы. Дальнейшие исследования показали, что при наличии дополнительных ферромагнитных сердечников 9, 10,обладающих подвижностью вдоль основного сердечника 3. можно так подобрать их размеры

5 (диаметр или площадь поперечного сечения), а также материал, что при соответствующем перемещении дополнительных сердечников появляется эффект компенсации сигнала, появляющегося за счет изме0 нения радиуса кривизны основы сигналом появляющимся в результате соответствующего перемещения дополнительных серт дечников 9. 10. С целью увеличения приращения перемещения дополнительных

5 сердечников 9, 10, их рабочие концы 19, 20, предназначенные для соприкосновения с покрытием 15 (фиг.З), выполнены в виде боковых зубцов трезубца, отстоящих соответственно на расстояние 31, 32 от основного

0 сердечника 3. При перемещении дополнительных сердечников 9, 1П, например, так, что их соответствующие рабочие концы 19, 20 приближаются к излучающей катушке 2. Характеристика зависимости изменения,

5 амялитуды воспринимаемого сигнала от перемещения этих стержневых ферромагнитных сердечников имеет вид коивой 30, и наоборот, при удалении этих концов от излучающей катушки 2 0- характеристика зависимости изменения амплитуды воспринимаемого сигнала от этого перемещения имеет вид кривой 27. Таким образом, при проведении измерений, например, на вогнутой поверхности имеется

5 какое-то дополнительное положительное значение сигнала, обусловленное изменением формы основы от плоскопараллельной до вогнутой, в то же время за счет соответствующего перемещения дополнительных

0 сердечников 9, 10 появляется отрицательный сигнал, равный по абсолютной величине (при соответствующем подборе параметров дополнительных сердечников) дополнительному сигналу. В результате это5 го, на концах приемных катушек 6, 7. в отли- чии от известных конструкций вихретоковых преобразователей толщиномеров, будет присутствовать сигнал, обусловленный только толщиной покрытия. Последнее значительно повышает точность

измерений за счет уменьшения влияния изменения формы основы ня их результаты.

Размеры 17, 18 (фиг. 1,3) основного сердечника 3 его параметры и материал, как и расстояния 31, 32 и соответствующие пара- метры и материал дополнительных сердечников 9, 10 выбираются экспериментально в зависимости от материала основы, требуемой точности и диапазона измерений.

Вихретоковый преобразователь толщи- номера (фиг, 1, 3) работает следующим образом.

Преобразователь устанавливается на покрытие 15 металлической основы 16 так, чтобы ось 5 была перпендикулярна плоско- сти основы 16 (позиция 33). или линии ее образующей. Излучающая катушка 2 излучает в окружающее пространство первичное переменное электромагнитное поле, а приемные катушки б, 7 воспринимают реак- цию окружающего пространства или, так на- зываемое, вторичное переменное электромагнитное поле. Преобразователь устанавливается на основу 16 так, чтобы центральный сердечник 3 находился в со- прикосновении с покрытием 15. Под действием соответствукщих пружин 13, 14 дополнительные сердечники 9, 10 своими рабочими концами 19, 20 прижимаются к покрытию 15, т.е. концы 19, 20 находятся в соприкосновении с этим покрытием. В случае, когда основа 16 плоскопэраллельнз(ио- зиция 33), дополнительный сигнал от основы 16, вызванный изменением ее формы отсутствует как отсутствует и сигнал, вы- званный смещением (перемещением) дополнительных сердечников 9, 10. Приемными катушками 6, 7 воспринимается сигнал, обусловленный только толщиной покрытия 15. В случае, когда основа 16 вы- пуклая (позиция 34) сигнал, воспринимаемый от нее приемными катушками 6, 7 уменьшается тем больше, чем меньше радиус кривизны, однако в то же время за счет соответствующего перемещения дополнительных сердечников 9, 10, а именно удаления рабочих концов 19, 20 от излучающей катушки 2, сигнал, воспринимаемый приемными катушками 6, 7 от смещения дополнительных сердечников 9, 10, увеличивается, тем са- мым компенсируя его уменьшение за счет изменения кривизны формы основы 16, Таким образом, на выходных концах приемных катушек 6, 7 будет присутствовать только сигнал, обусловленный толщиной покрытия 15. В случае, когда измерение тол- .щины покрытия 15 проводится на вогнутой поверхности основы 16 (позиция 35), изменение величины сигнала за счет изменения формы основы 16 также компенсируется

смещением дополнительных сердечников 9, 10, только в этом случае сигнал от изменения формы основы увеличивается, в то время как сигнал от соответствующего смещения дополнительных сердечников 9, 10 уменьшается. В конечном итоге и в этом случае на выходных концах приемных катушек б, 7 будет присутствовать только сигнал, обусловленный толщиной покрытия 15. В случае, когда измерение толщины покрытия 15 проводится на выпукло-вогнутой поверхности основы 16 (позиция 36), смещение одного из дополнительных сердечников компенсирует изменение воспринимаемого сигнала от вогнутой части основы 16, в то время как противоположное смещение другого дополнительного сердечника компенсирует изменение воспринимаемого сигнала,, вызываемого выпуклостью основы 16. Результирующий же сигнал на выходных концах приёмных катушек 6, 7 находится только в зависимости от толщины покрытия 15.

Применение изобретения позволяет повысить точность измерения толщины покрытий металлических основ за счет значительного уменьшения влияния изменения кривизны выпукло-вогнутой поверхности на результаты измерений. Конструкция вихретокового преобразователя толщиномера позволяет иметь как ради- алыга разнесенные пары дополнительных стержневых ферромагнитных сердечников, так и одновременное наличие двух и более пар в одном сечении, что позволяет использовать его для измерения толщины покрытий металлических основ со сложной конфигурацией. Благодаря возможности выбора соответствующего положения центрального сердечника, имеется возможность использовать соответствующую характеристику зависимости амплитуды воспринимаемого сигнала от толщины покрытия, в частности характеристику, когда при отсутствии покрытия сигнал на выходных концах приемных катушек отсутствует. Последнее удобно при эксплуатации и устраняет необ- .ходимость наличия дополнительных устройств компенсации первичного сигнала, а в конечном итоге уменьшает дополнительную погрешность измерений.

Формула изобретения 1. Вихретоковый преобразователь толщиномера покрытий, содержащий излучающую катушку, закрепленную на стержневом ферромагнитном сердечнике, и две соосные приемные катушки, включенные последовательно встречно, в котором центры приемных катушек расположены симметрично

относительно Центра излучающей катушки и лежат на одной с ним прямой, отличающийся тем, что. с целью повышения точности при измерении толщины покрытий выпукло-вогнутых изделий и удобства в эксплуатации, он снабжен по меньшей мере двумя дополнительными стержневыми ферромагнитными сердечниками, установленными параллельно основному сердечнику симметрично относительно него и с возможностью независимого перемещения вдоль

своих осей, а ось приемных катушек перпендикулярна к оси излучающей.

2. Преобразователь по п.1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что основной сердечник установлен асимметрично относительно центра излучающей катушки так, что его рабочий конец короче его другого конца.

3. Преобразователь по пп.1 и 2, о т л и- ч а ю щ и и с я тем, что рабочие концы дополнительных сердечников изогнуты в виде боковых зубцов трезубца.

Изобретение относится к устройствам для измерения толщины различных покрытий на металлических основах. Цель изобретения - повышение точности измерения толщины покрытий выпукло-вогнутых изделий и удобства эксплуатации - достигается благодаря тому, что вйхретоковый преобразователь толщиномера покрытий, содержащий излучающую катушку на стержневом ферромагнитном сердечнике и две соосные приемные катушки, снабжен по меньшей мере двумя дополнительными стержневыми ферромагнитными сердечниками, установленными параллельно основному, симметрично относительно него и с возможностью независимого перемещения вдоль своих осей, а ось приемных катушек перпендикулярна оси излучающей катушки. 2 з.п. ф-лы, 5 ил. ел С

TZZZZZ2zAz/, 77////////

VuZ.i

Фиг. 2

16

&г 3