Накладной индуктивный преобразователь Советский патент 1993 года по МПК G01B7/10 

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

Цель изобретения - повышение чувствительности, точности измерения и удобства эксплуатации.

На фиг. 1 представлена конструкция накладного индуктивного толщиномера; на фиг. 2, 3, 4 приведены варианты схем расположения элементов накладного индуктивного преобразователя толщиномера; на фиг. 5 - характеристики зависимости амплитудных значений, воспринимаемых приемными

катушками сигналов от толщины покрытия металлической основы.

Накладной индуктивный преобразователь толщиномера (фиг. 1, 2, 3 и 4) содержит излучающую катушку 1 с центром 2, намотанную вдоль оси 3, приемные катушки 4 и 5. включенные последователь встречно.с соответствующим центрами 6 и 7, намотанные вдоль оси 8 и установленные на расстоянии 9 относительно центра 2 по разные стороны от него так. что они находятся в контуре излучающей катушки 1, или охватывают его, или выходят за его пределы, а также металлический компенсатор 10 диаметром 11

00

ю,

М

:СЛ

Ю i4

толщиной 12. Излучающая катушка 1 установлена так, что ее плоскость 13 параллельна плоскости металлической основы 14 с покрытием 15, Оси 3 и 8 взаимоперпендикулярны. Плоскость металлического компенсатора 10 параллельна плоскости 13 излучающей катушки 1, Металлический компенсатор 10 установлен с возможностью его осевого перемещения в направлении 16 к излучающей катушке или от нее. Металлический компенсатор 10 и металлическая основа 14 расположены на противоположных сторонах преобразователя.

Проведенные исследования показали, что у накладного индуктивного преобразователя толщиномера (фиг. 2, 3, 4) в отличие от известных конструкций преобразователей, использующих две приемные катушки, включенные последовательно встречно, взаимоиндуктивная связь между излучающей и приемными катушками значительно меньше. Наименьшее значение она имеет (фиг. 3), когда ось 8, вдоль которой намотаны приемные катушки и которая соединяет их центры 6 и 7, проходит через центр 2 излучающей катушки и лежит в ее плоскости 13. Это позволяет использовать приемные катушки с большим числом витков, т.е. с большой индуктивностью, тем самым повышает его чувствительность. Повышению чувствительности способствует и то, что обе приемные катушки непосредственно участвуют в приеме сигнала от основы. При этом, если сигнал, воспринимаемый от основы 14, имеет один знак, то сигнал, воспринимаемый от металлического компенсатора 10, - противоположный, т.е. с противоположных сторон от плоскости 13 излучающей катушки 1, приемными катушками 4 и 5 от одной и той же основы воспринимаются сигналы с противоположными знаками. Это позволило создать такую конструкцию накладного индуктивного преобразователя толщиномера, в котором при отсутствии покрытия на основе выходной сигнал отсутствует, а с увеличением толщины покрытия он увеличивается. Поскольку исключается необходимость применять дополнительные специальные схемы для компенсирования сигнала от металлической основы без покрытия, повышается точность проводимых измерений за счет исключения погрешностей, вносимых дополнительными схемами. В то же время точность измерений повышается в результате того, что возможно увеличивать крутизну выходного сигнала преобразователя как за счет повышения его чувствительности, увеличивая индуктивность приемных катушек, так и за счет имеющейся возможности усиления выходного сигнала. Особенно это важно при измерении тонких покрытий.

Исследования показали, что чувствительность преобразователя находится в определенной зависимости от расстояния между приемными катушками. Было установлено расстояние 9 между центром каждой из приемных катушек и осью 3

излучающей катушки 1, вдоль которой она намотана, является предел от 0,3 до 1,6 радиуса излучающей катушки, т.е. приемные катушки 4,5 могут находиться в контуре излучающей катушки или охватывать его, или

5 выходить за его пределы. Минимальный предел этих расстояний ограничен конструктивными соображениями, максимальный - заметным снижением чувствительности, Было установлено, что

0 наилучшие результаты имеются в случав симметричного расположения каждой из приемных катушек относительно оси 3 излучающей катушки, т.е. в случае, когда они расположены на равных расстояниях от

5 этой оси. Было также установлено, что имеются критерии выбора материала металлического компенсатора и его размеров. В качестве материала необходимо использовать материал основы, в противном случае

0 появляются затруднения получения требуемой выходной характеристики преобразователя. Оптимальные размеры металлического компенсатора 10 находятся в зависимости от длительности задержки анализа переходной

5 характеристики. Исследования проводились с применением метода переходных процессов, т.е. исследовалась реакция отклика {переходная характеристика) на излучаемый прямоугольный импульс. Было установлено,

0 что при проведении анализа переходной характеристики воспринимаемого сигнала в районе 3-10 мкс после прекращения действия возбуждающего импульса, толщина металлического компенсатора может быть до

5 о,2 толщины основы (исследовались основы толщиной 1-10 мм) и толщина металлического компенсатора должна быть увеличена с увеличением времени задержки на анализ. Толщина металлического компенсатора может

0 быть не более 1,2 толщины основы, поскольку дальнейшее его увеличение нецелесообразно с конструктивной точки зрения. Одновременно было установлено, что диаметр металлического компенсатора 10 должен находиться в

5 пределах от 1,2 до 3,8 диаметра излучающей катушки и он должен быть как минимум в 1,2 раза больше, чем расстояние между центрами 6,7 приемных катушек 4,5, Минимальный предел диаметра металлического компенсатора обуслбвлен необходимостью перекрытия с избытком контуром компенсатора контуров всех катушек, максимальный - найденными оптимальными расстоянием между центрами приемных катушек и диаметром металлического компенсатора.

Конструктивно накладной индуктивный преобразователь толщиномера выполнен, например, как это показано на фиг. 1, где в корпус 17 преобразователя установлен корпус 18 катушек вместе с излучающей катушкой 1 и приемными катушками 4 и 5. Посредством кольцевого фиксатора 19 фиксируется положение корпуса 18 катушек в корпусе 17 преобразователя. Металлический компенсатор 10 жестко прикреплен к втулке 20, которая соединена с резьбовым соединением с корпусом 17 преобразователя, имеет совместное с металлическим компенсатором отверстие для соединительного кабеля 21 и прямоугольное углубление 22 под специальный ключ. Для предотвращения смещения втулки 20 за счет имеющегося зазора в резьбовом соединении между ней и корпусом 17 преобразователя имеется пружина 23, одним своим концом взаимодействующая со втулкой 20, а другим - с кольцевым упором 24. соединенным с корпусом 17 преобразователя резьбовым соединением.

Накладной индуктивный преобразователь толщиномера работает следующим образом.

Корпус 17 преобразователя устанавливается на металлическую основу 14с покрытием 15 так. что ось 3, вдоль которой намотана излучающая катушка, оказывается перпендикулярна плоскости основы 14 или линии ее образующей. Излучающая катушка 1 излучает в окружающее преобразо- ватель пространство первичное электромагнитное поле, а приемные катушки 4 и 5 воспринимают вторичное электромагнитное поле реакции основы. По параметрам воспринимаемого сигнала судят о толщине покрытия. Предварительно преобразователь устанавливают на металлическую основу без покрытия и перемеще- нием втулки 29 металлического компенсатора 10 устанавливают, например, амплитуду выходного сигнала приемных катушек 4 и 5 равной нулю Настроенный таким образом преобразователь устанавливают на металлическую основу с измеряемой толщиной покрытия. Зависимость амплитуды выходного сигнала преобразователя от толщины покрытия имеет вид кривой 25 (фиг 5. где на оси ординат - амплитудное значение воспринимаемых сигналов, а на оси абсции 27-толщина покрытий). Конструкция преобразователя по зволяет без каких-либо вспомогательных дополнительных устройств непосредственно по воспринимаемому сигналу измерять

отклонение толщины покрытия от какой-то определенной величины. Для этого предварительно преобразователь устанавливается на металлическую основу с эталонной толщиной покрытия. В этом случае также переO мещением втулки 20 с металлическим компенсатором 10 устанавливают выходной сигнал приемных катушек4 и 5 равной нулю. Затем преобразователь устанавливают на металлическую основу с контролируемой

5 толщиной покрытия. Зависимость амплитуды выходного сигнала преобразователя от изменения толщины покрытия в том случае имеет вид кривой 28. Равенство выходного сигнала нулю соответствует в данном слу0 чае равенству толщине контролируемого покрытия заданной величине 29.

С накладным индуктивным преобразователем толщиномера, содержащим излуча ющую катушку диаметром 6 мм. высотой 8

5 мм, намотанную проводом ПЭЛ 0 0,14 мм 160 витков и две идентичные приемные катушки размерами 7x4 мм (размеры катушек взяты по средней линии намотки) намотанной проводом ПЭВ-2 00,071 мм по 200 витков

0 каждая. Определялась чувствительность преобразователя при измерении толщины фторопластового покрытия, на металлической основе, в качестве которой использовалась белая жесть толщиной 0,2 мм.

5 Расстояние между приемными катушками составляло 7 мм. В качестве материала металлического компенсатора был использован материал основы. Толщина металлического компенсатора составляла 0,2 мм

0 диаметром 12 мм. Излучающая катушка питалась импульсами прямоугольной формы длительностью 100 мкс, частотой 225 Гц. Максимальный ток в импульсе 0,15 А. Выборка сигнала анализа осуществлялась че5 рез 12 мкс после прекращения действия возбуждающего импульса. Длительность выборки сигнала 5 мкс.

Заметного дрейфа нуля от металлической основы без покрытия не наблюдалось

0 Амплитуда воспринимаемого сигнала при толщине покрытия в 18 мкм составляла 21,6 и V, при толщине покрытия в 26 мкм 31,2м Разрешающая способность (чувствительность) преобразователя соответственно со

5 ставляла 1,2 м V/мкм.

Применение изобретения позволяет повысить чувствительность и точность измере- ний путем увеличения крутизны зависимости амплитуды воспринимаемого от толщины покрытия металлической осно

вы за счет уменьшения индуктивной связи между излучающей и приемными катушками, применение катушек с большими индук- тивностями, возможности усиления сигнала, воспринимаемого приемными катушками. Повышение точности измерений обуславливается тем, что накладной индуктивный преобразователь толщиномера не требует дополнительных устройств для компенсации сигнала от металлических основ без по- крытий. В то же время он удобен в эксплуатации, поскольку амплитудные значения воспринимаемых сигналов находятся в прямой зависимости от толщины покрытий металлических основ, что исключает дополнительные преобразования сигналов.

Формула изобретения 1. Накладной индуктивный преобразователь толщиномера, содержащий излучающую катушку радиусом RH, , плоскости витков которой параллельны рабочему торцу преобразователя, приемную катушку и металлический компенсатор, установленный с возможностью перемещения вдоль оси излучающей катушки, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности и чувствительности, он снабжен второй идентичной приемной катушкой, включенной с ней последовательно встречно, приемные катушки установлены симметрично с двух

0 сторон от оси излучающей катушки так, что их центры расположены от оси излучающей катушки на расстоянии (0,3-1.6) РИ( плоскости витков перпендикулярны плоскостям витков излучающей катушки, а оси лежат на

5 одной прямой, смещенной от центра излучающей катушки в сторону нерабочего торца, компенсатор выполнен в виде плоской пластины и установлен у нерабочего торца преобразователя.

0 2. Преобразователь поп. 1,отличаю- щ и и с я тем, что радиус RK компенсатора равен (1,2-3,8) RH.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, а именно к устройствам для измерения толщины различных покрытий на металлических основах Цель изобретения - повышение точности и чувствительности - достигается благодаря тому, что накладной индуктивный преобразователь толщиномера, содержащий излучающую катушку радиусом RM, приемную катушку и металлический компенсатор, установленный с возможностью перемещения вдоль оси излучающей катушки, снабжен второй идентичной приемной катушкой, приемные катушки установлены симметрично с двух сторон от оси излучающей катушки так, что их центры расположе- ны от оси излучающей катушки на расстоянии (0,3-1,6) RM, плоскости их витков перпендикулярны плоскостям витков излучающей катушки, а оси лежат на прямой, смещенной от центра излучающей катушки к нерабочему торцу, а компенсатор выполнен в виде плоской пластины, установленной у нерабочего торца преобразователя. 1 з.п. ф-лы, 5 ил. сл с

2/

/

V

,23

Ј j ги&. i

(77////////////////////////////.

5/

2/

6/

«

/у////////////////////////////////

91с В В

У ,.

3/

//////////////////.

.

I

S

V

I

9/

П

;

Z sn6

/

е/

7

8

f « f

6 5ZZ8i

27