УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ ИЗДЕЛИЙ Советский патент 1970 года по МПК G01B7/06 

Известны устройства для измерения толщииы электроироводных изделий, в том числе покрытий, содержащие низкочастотный канал, выполненный в виде генератора напряжения низкой частоты, вихретокового датчика, усилителя, амплитудного детектора и индикатора, и высокочастотный канал, включающий в себя генератор напряжения высокой частоты, дополнительный вихретоковый датчик, усилитель-ограничитель и фазовый детектор. Недостатком этих устройств является значительная погрещность измереиия, возникающая при изменении удельного сопротивления материала контролируемого изделия.

С целью повышения точности измерения предлагаемое устройство снабжено синхронизатором, например делителем частоты, связывающим меледу собой генераторы высокой и низкой частоты, и частотным модулятором, ВХОД которого подключен к выходу фазового детектора, а выход - к генератору высокой частоты.

На чертеже изображена фунщиональная схема предлагаемого устройства.

В низкочастотный канал 1 устройства входят генератор 2 напряжения низкой частоты, вихретокоБЫЙ датчик 3, состоящий из возбуждающей 4 и измерительной 5 катушек, усилитель 6, амплитудный детектор 7. и индикатор 8 толщины. Для компенсации напряжения холостого хода на датчике 3 служит компенсатор 9, возбуждающая катушка 10 которого включена последовательно-согласно с возбуждающей катушкой 4 датчика 3, а измерительная катушка //-последовательно-встречно с измерительной катушкой 5. Катушки 4 и 10 запитываются от генератора 2 через индуктивность 12, величина которой выбирается МНОГО больше суммарной индуктивности катушек 4 и 10.

Высокочастотный канал 13 содержит генератор 14 напряжения высокой частоты, дополнительный вихретоковый датчик 15, состоящий из возбуждающей 16 и измерительной 17 катушек, усилитель-ограничитель 18, фазовый детектор 19 и частотный модулятор 20. Для компенсации напряжения холостого хода на датчике 15 служит комиенсатор 21, возбуждающая катушка 22 которого соеди}1ена последовательно-согласно с возбуждающей катушкой 16 датчика 15, а измерительная 23 - последовательно-встречно с измерительной катушкой 17. Катушки 16 и 22 запитываются от генератора 14 через индуктивлость 24, величина которой много больше суммарной индуктивности катушек 16 и 22. Опорное напряжение на фазовый детектор 19 подается через фазовращатель 25. Генератор низкой частоты соединен с генератором

ретоковые датчики расиолагаются иод коитролируемым изделием 27 в непосредствеииой близкости друг от друга.

Устройство работает следующим образом.

Генератор высокой частоты иитает возбуждающую катущку датчика /5 и возбуждающую катушку комиенсатора 21 через иидуктивность 24, ограиичиваюи1ую величииу тока, так как ее величииа миого больще суммарной индуктивности катушек 16 и 22. Измерительная катушка комиеисатора 21 включена встречно, иричем величина комиенсирующего напряжения иодобрана так, чтобы при отсутствии изделия 27 напряжение, равное разности выходных напряжений датчика и компенсатора, т. е. вносимое напряжение, равнялось нулю. Выходное напряжение системы датчик-компенсатор, возникающее при установке датчика 15 над контролируемым изделием, усиливается усилителем-ограничителем 18 и детектируется фазовым детектором 19, в котором фаза полученного напрял ения сравнивается с фазой опорного напряжения, формируемого фазовращателем 25. Постоянное напряжение, пропорциональное -разности фаз, получающейся в результате отклонения удельного сопротивления контролируемого изделия от номинального значения, подается на частотный модулятор 20 для управления частотой высокочастотного генератора. Величииа высокой частоты выбирается настолько большой, чтобы ие чувствовалось изменения толщины контролируемого изделия.

Поскольку фаза вносимого напряжения вихретокового датчика 15 зависит как от удельного сопротивления контролируемого изделия, так и от частоты, от изменения последней можно вернуть фазу вносимого напряжения в прежнее положение, соответствующее номинальному значению удельного сопротивления изделия, иа что будет указывать отсутствие постояниого наиряжеиия иа выходе частотного модулятора 19. Таким образом, частота высокочастотного генератора 14 всегда устанавливается такой, чтобы вносимого напряжения датчика J5 имела одно и то же значение, соответствующее номинальному удельному сопротивлению контролируемого изделия и номинальной рабочей частоте.

Генератор высокой частоты связан через синхронизатор 26, например делитель частоты, с генератором низкой частоты, т. е. частота генератора 2 однозначно оиределяется значением частоты генератора 14.

Возбуладающая катушка датчика 3 и возбуждающая катушка компенсатора 9 нитаются через индуктивность 12 от генератора низкой частоты. Измерительиая катушка датчика 5 и измерительная катушка комиенсатора 9 включены встречно. Компенсирующее напряжение на измерительной катушке // подобрано по величине и фазе равным напряжению «а измерительной, катушке датчика 3 при помещении в зону контроля изделия, имеющего нулевую толщину измеряемого слоя.

Величина иидуктивиости 12 выбрана значительно большей, чем суммарная индуктивность катушек 4 и 10. Поэтому при фиксированном значении э.д.с. генератора 2 ток в возбуждающих катушках 4 W обратно иронорционален частоте, в результате чего напряжение на катушках 5 и 11 не меняется при изменении частоты, т. е. выходное напряжение системы комиенсатор-датчик зависит

только от величины вносимого напряжения. Частота генерато;ра 2 выбрана настолько малой, чтобы чувствительность к толщине не изменялась во всем диапазоне измеряемых толщин и удельиых сопротивлеиий.

Относительное вносимое ианряжение датчика 3 ири малом значении частоты пропорционально отношению частоты к удельному электрическому сопротивлению. По низкая частота кратна высокой частоте, которая, в

свою очередь, все время устанавливается нропорционально удельному электрическому сопротивлению. Птак выходное нанряжение, снимаемое с измерительной части системы датчик 3 - компенсатор 9, не зависит от удельного сопротивления, но сохраняет зависимость от толщины. Папряжеиие, зависящее от толщины, усиливается усилителем 6, детектируется амплитудным детектором 7 и регистрируется индикатором 8 толщины.

Если в измерительную зону датчиков помещается участок изделия, имеющий например, толщину, отличающуюся от номинальной, то номинальное зиачеиие удельного электрического сопротивления и рабочая частота генератора 14 не меняется, следовательно, не меняется и величина низкой частоты, а напряжение с выхода системы катущек 5-11 возрастает, что и отмечается индикатором 8. Если в измерительную зону помещается

участок изделия номинальной толщины, но с удельиым электрическим соиротивлеиием больще номинальиого, изменяется фаза выходного напряжения, сиимаемого с измерительных катушек 17-23, и несколько изменяется

его величина. Усилитель-ограничитель обеспечивает выходное напряжение фиксированной величины. Фаза этого напряжения сравнивается в фазовом детекторе 19 с фазой опорного напряжения, полученной от фазовращателя 25, и отклонение фазы преобразовывает-, ся в постоянное иапряжение. Постоянное напряжение при иомощи частотного модулятора 20 вызывает увеличение частоты до такой величины генератора 14, при которой можно

восстановить фазу вносимого напряжения, соответствующую иоминальному значению удельиого электрического сонротивления. В соответствии с высокой частотой увеличивается и частота генератора 2. В итоге выходное

напряжение, иолучающееся на выходе системы измерительиых катушек 5-9, которое изменяет свою амплитуду и фазу благодаря увеличению электрического сопротивления остается неизменным, поскольку действие на

стоты прямо пропорциональ)1ы, а значит показание индикатора толщины зависит только от толщины.

При одновременном изменении толщины и удельного электрического сопротивления проиеходят оба процесса, но показание индикатора по-прежнему зависит только от толщины.

Для получения информации о величинах удельного электрического сопротивления и толщины может быть использован один датчик вместо описанных двух.

Предмет изобретения

Устройство для измерения толщины электропроводных изделий, содержащее низкочастотный канал, выполненный в виде генератора напряжения низкой частоты, вихретокового датчика, усилителя, амплитудного детектора и индикатора, и высокочастотный канал, включающий в себя генератор напряжения высокой частоты, дополнительный вихретоковый датчик, усилитель-ограничитель и фазовый детектор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено синхронизатором, например делителем частоты, связывающим между собой генераторы высокой и низкой частоты, и частотным модулятором, вход которого подключен к выходу фазового детектора, а выход - к генератору высокой частоты.