Устройство для измерения толщины стенок изделий из немагнитных материалов Советский патент 1980 года по МПК G01B7/06 

Изобретение относится к области изме рительной техники и может быть использовано для измерения толщины стенок изделий из немагнитных материалов. Оно может быть, в частности, применено для контроля толщины стенок труб, а также различных технических изделий, например, стеклянных оболочек электровакуумных прибороЬ, различной стеклянной тары, изделий из керамики и т.ри Известно устройство для измерения толщины стенок изделий, из немагнитных материалов, содержащее неуравновешенны мост переменного тока, выполненный в BH де вторичной обмотки со средней точкой трансформатора питания, измерительного и компенсационного индуктивных преобразователей с незамкнутыми магнитными цепями и измерительного блока, включенного между средней точкой вторичной обмотки трансформатора и точкой соединения обмоток преобразователей, и ферромаг нитное тело ij. Ферромагнитное тело выполнено в виде шара, имеющего возможность свободного перемещения. Измерительную мостовую схему питают синусоидальным переменным током. О величине измеряемой толщины судят по показаниям стрелочного индикаторного прибора, включенного в измерительную диагональ моста. В известном устройстве сигнал в измерительной диагонали, моста, несущий информацию об измеряемой толщине немагнитного материала, находится в нелинейной функциональной зависимости от толщины, при которой максимальная относительная погрешность имеет место в конце диапазона измеряемых значений толщины, в то время как измерительный индикатор обычно имеет максимальную относителькую погрешность на начальном участке шкалы. В результате сложения относительных погрещностей моста и индикаторного прибора известное устройство имеет высокую погрешность измерения на всех участках диапазона измеряемой величины.

Кроме того, в известном устройстве измерительный преобразователь, питаемый переменным током, вылолляет также рояь электромагнита, который удерж шает ферромагнитный шар в притянутом состоянии. Так как шар имеет вес в несколько- граммов, а немагнитный зазор между ним и магнитопроводом индуктивного преобразователя может достигать 5 мм, то для удержания шара в притянутом состоянии необходима значительная мощность электромагнита.

Недостатком известного устройства является то, что по технологическим соображениям, а также в соответствии с условием свободного перемещения ферромагнитного шара во всех направлениях, магнитопроврд индуктивного преобразователя имеет округлую форму и выполняется из пельного материала. Поэтому.в магнитопроводе индуктивного преобразовате.ля выделяется значительная мощность, обусловленная потерями на вихревые токи. Эти потери вызывают нагрев магнитопровода, что приводит к .изменению электрофизических характеристик магнитопровода и является причиной значительной дополнительной погрешности устройства.

Целью настоящего изобретения является повышение точности измерения.

Это достигается тем, что устройство снабжено двумя электромагнитами посто янного тока, катушки которых расположены на магнитопроводах измерительного и компенсационного индуктивных преобразо- вателей, а измерительный блок выполнен в виде последовательно соединенных усилителя, детектора, усилителя постоянного тока, ан 1Логового преобразователя и индикатора.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит неуравновешенный мост 1 переменного тока, ферромагнитное тело 2 и электромагниты 3 и 4 постоянного тока.

Мост 1 выполнен в виде секций 5 и 6 вторичной обмотки трансформатора 7 питания, измерительного индукционного преобразователя 8 с незамкнутым сердечником 9, компенсационного индукционного преобразователя Юс незамкнутым сердечником 11, и измерительного блока 12 в виде последовательно соединенных входного усилителя 13, детектора 14, усилителей постоянного тока 15, 16, аналогового преобразователя 17 и индикатора 18

Ферромагнитное тело 2 располагают по одну сторону изделия 19, а преобразователь 8 - по другую. Катушку электромагнита 3 помеш;ают на магнитопровод сердечника 9, а катушку электромагнита 4 помещают на магнитопровод 11.

Вывод секции 5 соединяют с концом обмотки преобразователя 8, другой конец которой соединен с обмоткой преобразователя 10, другой конец этой обмотки соединен с выводом секции 6. Между средним выводом обмоток 5, 6 и общей точкой соединения обмоток преобразователей 8 и 1О включают блок 12,

Устройство работает следующим образом.

Напряжение питания поступает на обмотки 5 и 6 трансформатора 7, а с них на преобразователи 8 и 10. В случае равенства величины сигналов в плечах 5,6, 8 и 10 установленной величине разбаланса в измерительной, диагонали моста 1 между средней точкой обмотки 5, 6 и общей точкой соединения обмоток преобразователей 8 и 1О будет определенное значение напряжения. Это напряжение поступает на блок 12, где усиливается ус1и ителем 13, детектируется детектором 14 усиливается в усилителях 15, 16 по постоянному току, поступает на аналоговый преобразователь 17 и с него - на инди- катор 18, который покажет это значение.

Для удержания ферромагнитного тела 2 в притянутом состоянии к измеряемому материалу 19 предназначен электромагнит 3, имеющий о&ций магнитопровод сердечника 9 с преобразователем 8. Электромагнит 4 является компенсационным и служит для создания одинаковых динамичеких характеристик компенсационного преобразователя-1О в сравнении с преобразователем 8. Обмотки электромагнитов 3 и 4 питаются постоянным током.

В исходном состоянии ферромагнитное тело 2 соприкасается с наконечником магнитопровода сердечника 9 и удерживается на нем с помощью электромагнита 3.

В этом состоянии устанавливается электрический нуль моста 1 путем перемещения магнитопровода 11 относительно его обмотки. При внесении между наконечником магнитопровода сердечника 9 и ферромагнитным телом 2 измеряемого материала 19 величина индуктивности преобразователя 8 изменяется, что вызывает разбаланс моста 1, фиксируемый индикато- ром 18 блока 12, проградуированным в единицах толщины. Однако зависимость между измеряемой толщиной и отклонением стрелки прибора индикатора 18 имеет нелинейный характер вследствие изменения с расстоянием напряженности магнитного поля преобразова теля 8 обратно пропорционально степенной функции от измеряемой толщины и влияния краевого эффекта. Это приводит к возрастанию относительной погрешности измерения по мере приближения к верхнему пределу диапазона измеряемых значений толщины, где стрелочный индикатор 18 блока 12 имеет наименьшую относительную погрешность, В результате сложения относи тельных погрешностей мостовой измерительной схемы и индикаторного блока, содержащего преобразователь 17, суммарна относительная погрешность имеет значительную величину во всем диапазоне измерений. Использование нелинейного аналогового преобразователя 17 позволяет скомпенсировать нелинейность индуктивного преобразователя и значительно снизить относи,тельную погрешность измерения, особен- но около верхней границы диапазона измеряемых значений толщины. Применение электромагнитов3и4исосредоточение в преобразователе 8 только функции измерения позволило более чем на порядок уменьшить мощность его питания и дополнительно снизить погрешность измерения. Испытания опытного образца предложенного устройства показали, что относительная погрешность измерения не превьплает 2,2%., ормула изобретения Устройство для измерения толщины стенок изделий из немагнитных материалов, содержащее неуравновеше1шый мост переменного тока, выполненный в виде вторичной обмотки со средней точкой трансформатора питания, измерительного и компенсационного индуктивных преобразователей с незамкнутыми магнитными цепями и измерительного блока, включенного между средней точкой вторичной обмотки трансформатора и точкой соединения обмоток преобразователей, и ферромагнитное тело, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оцо снабжено двумя электромагнитами постоянного тока, катушки которых расположены на магнитопроводах измерительного и компенсационного индуктивных преобразователей, и измерительный блок выполнен в виде последовательно соединенных усилителя, детектора, усилителя постоянного тока, налогового преобразователя и индикатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР 115704, кл, Q 01 В 7/06, 1957 прототип).

6 /5