Электромагнитное устройство для из-МЕРЕНия РАССТОяНия дО элЕКТРОпРОВО-дящЕй пОВЕРХНОСТи Советский патент 1981 года по МПК G01B7/06 G01N27/90 

,1 . ,, Изобретение относится к неразрушающим методам контроля качества и геометрических параметров изделий и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства, где требуется измерение расстояний до электропроводзщей поверхности, в ча ности измерение толщины диэлектри ческих покрытий. Известны толщиномеры диэлектрических покрытий, содержащие автогенератор, соединенный с ним вихретоковый преобразователь с компенсатором, усилитель, фазовращатель, фазо вый детектор и индикатор 13 . Недостатком известных -толщиномеров является необходимость при не материала.основы установки нуля прибора, калибровки его по прилапае мым образцам толщины и подбора спе- циального фактора, обеспечивающего нечувствительность толщиномера к. изменениям электрофизических свойст материала основы в узких пределах, а также частой установки нуля толщиномера вследствие температурного дрейфа индуктивных катушек преобраз вателя . Наиболее близким по технической cyidHOCTH к изобретению является эле ромагнитное устройство для измерения расстояния до электропроводящей поверхности, содержащее автогенератор, соединенный с ним вихретоковый преобразователь с компенсатором, подключенные к преобразователю два фазочувствительных детектора, один из ко-, торых настроен синфазно с активной, а другой - сннфазно с реактивной составляющи1«1и вносимого в преобразователь напряжения, сумматор и индикатор C2J. . . Это устройство позволяет отстроиться от влияния изменений удельной электрической проводимости в широких пределах. Однако погрешность измерений его резко возрастает при контроле толщины диэлектрических покрытий,, нанесенных на ферромагнитную основу из-за отсутствия отстройки от влияния изменений магнитной проницаемости основы. Цель изобретения - повьдаение надежности и точности измерений. Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено двумя блоками возведения в квадрат, включенными между выходами фазочувствительных детекторов и входами сумматора, и последовательно соединенными блоком иэвлечения квадратного корня и вторым сумматором, блок извлечения квадратного корня подключен к выходу первого сумматора, второй вход второго сумматора соединен с выходом фаэочувствительного детектора, настроенного синфазно с активной составляющей вносимого напряжения, а его выход подключен к индикатору. А также тем, что устройство снабжено двумя цепями из последовательно соединенных ключа запоминающего блока и блока вычитания вход ключа каждой из цепей соединен с выходом соответствующего фазочувствительного детектора, прямые входы блоков вычитания цепей подключены к выходам соответствующих фазочувствительных детекторов, а выходы к входам соответствующих блоков возведения в квадрат.

На фиг. 1 показана схема устройства; на фиг. 2 - то же, вариант; на Ькг. 3 - годографы вносимого в вихретоковый преобразователь напряжения в зависимости от расстояния Н от преобразователя до поверхности изделия, и,от удельной электрической проводимости Ъ , и относительной магнитной проницаемости fj этого изделия, характеризуемых обобщенным параметром Ibg/ R |21CfjUob/jw, где R - средний радиус преобразователя, f - частота тока возбуждения ВТП, jUj, - магнитная постоянная, h и HQ, - средние значения от обмоток ВТП по поверхности изделия.

Устройство содержит автогенератор 1, вихретоковый преобразователь 2 с компенсатором, ива фазочувствительных детектора 3 и 4, два блока 5 и б возведения в квадрат, два сумматора 7 и 8, блок 9 извлечения квадратного корня и индикатор 10. Устройство (на фиг. 2) содержит также две цепи из последовательно соединенных ключей 11 и 12, запоминающих блоков 13 и 14, и блоков 15 и 16 вычитания.

Устройство работает следующим образом.

Автогенератор 1 питает синусоидальным током вихретоковый преобразователь 2 (ВТП) с компенсатором. Компенсатор позволяет минимизировать выходное напряжение преобразователя при отсутствии изделия в зоне контроля ВТП. Выходное напряжение ВТП с компенсатором поступает на входы двух фазочувствительных детекторов 3 и 4, а опорные напряжения на них подаются от автогенератора 1. При этом на фазочувствительный детектор 3 подается опорное напряжение, синфазное с током возбуждения ВТП, а на фазочувствительный детектор 4 - ортогональное с током возбуждения ВТП. Отношение коэффициентов передачи фазочувствительного детектора 3 и фазочувствительного детектора 4 равно 1,12:1. Напряжения с выходов фазочувствительных детекторов 3 и 4, пропорциональные активной и реактивной составляющим вносимого напряжени соответственно поступают на входы блоков 5 и 6 возведения в квадрат, имеющих отношение коэффициентов передачи 1,67:1 соответственно Выходные напряжения блоков 5 и б, пропорциональные квадратам входных напряжений, складываются на сумматоре 7 и с его выхода подаются через блок 9 извлечения квадратного корня на один из входов второго сумматора 8. На другой вход сумматора 8 поступет напряжение с выхода фазочувствительного детектора 3. К выходу сумматора 8 подключен индикатор 10. Когда в устройство включены два ключа 1 и 12, два запоминающих блока 13 и 14 и два блока вычитания 15 и 16, и рабтают эти блоки .следующим образом. Пр отсутствии изделия в зоне контроля ВТП ключи 11 и 12 подключают к выходам фазочувствительных детекторов 3 и 4 запоминакяцие блоки 13 и 14,. где происходит запоминание их выходных напряжений. Затем ключи 11 и 12 размыкаются, и при проведении измерений выходные сигналы фазочувствительных детекторов 3 и 4поступают на прямые входы блоков 15 и IS вычитания, на инверсные входы которых подаются запомненные значения напряжений с выходов запоминающих блоков 13 и 14. На блоках 15 и 16 вычитания происходит вычитание из выходных сигналов, фазочувствительных детекторов 3 и 4 напряжений недокомпенсации, и разностные напряжения с выходов этих блоков подаются на вхоДы блоков 5 и возведения в квадрат. Применение этих блоков пoзвqляeт значительно снизить погрешность измерения, связанную с дрейфом характеристик ВТП.

Из анализа годографов (на фиг.З) видно, что линии изменения обобщенного парг метра |bo/f|5 близки к дугам окружностей с центрами, лежащими на оси ® они подходят к оси ){|„ под одним углом. При этом радиус этих окружностей зависит только от величины Н и не зависит от изменений параметра т.е. от изменений удельной электрической проводимости и магнитной проницаемости материала так, что, если известны значения ..Оои и JmUoH , то величина

радиуса окружности определяется по формуле

Р- bReue« NJc(eU6j43 U ,

где А, В и С .- постоянные коэффициенты. Для того, чтобы при изменении удельной электрической проводимости и магнитной проницаемости материала во всем диапазоне годографы вносимого в ВПТ напряжения имели вид дуг окру кностей, частота тока возбуждения ВТПвыбирается для ц г 1000 из уелоf, l,25.10/R 6 -.)4.J.eS Если же значение fO/ 1000, то выбор частоты тока возбуждения не зависит от удельной электрической проводимости и магнитной проницаемости материала и определяется лиц1Ь удобством создания прибора. При этом погрешность измерения расстояния Н не превышает 2,5% от измеряемой величины во всем диапазоне изменения обобщенного параметра jSo/iju от О дооо Устройство для измерения расстояний до электропроводящей поверхности позволяет измерять расстояния и связанные с ними величины (например, толщину диэлектрических покрытий) как до немагнитной, так и до магнитной электропроводящей поверхности из делия независимо от электромагнитны свойств материала изделия и изменени его структуры, измерять расстояния до изделий из ферритов, повышает точ ность и надежность измерений, .заменя ет подавляющее большинство выпускаемых в настоящее время толщиномеров диэлектрических покрытий. В устройстве может быть использован накладной как трансформаторный, .так и параметрический вихретокс вый преобразователь. . Формула изобретения 1. Электромагнитное устройство измерения расстояния до электропроводящей поверхности, содержащее автогенератор, соединенный с ним вихретоковый преобразователь с компенсатором, подключенные к преобразователю два фазрчувствительных детектора, один из которых настроен синфазно с активной, а другой - синфазно с реактивной составляющими вносимого в преобразователь напряжения, сумматор и индикатор, о т л ичающееся тем, что, с целью повышения надежности и точности измерения, оно снабжено двумя блоками возведения в квадрат, включенными между выходами фазочувствительных детекторов и входами сумматора, и последовательно соединенными блоком извлечения квадратного корня и вторым cyNMaTopOM, блок извлечения квадратного корня подключен к выходу первого сумматора, второй вход второго сумматора соединен с выходом фазочувствительного детектора., на строенного синфазно с активной составляющей вносимого напряжения, а его выход подключен к индикатору. 2. Устройство пи п.1, отличающееся тем, что оно снабжено двумя цепями из последовательно соединенных ключа, запоминающего блока и блока вычитания, вход ключа каждой из цепей соединен с выходом соответствующего фазочувствительного детектора, прямые входы блоков вычитания цепей подключены-к выходам соответствующих фазочувствительных детекторов, а выходы - к входс м соответствующих блоков возведения в квадрат. Источники информации; принять1е во внимание при экспертизе 1.Под ред. В, В. Клюева, Приборы для неразрушающего контроля материалов изделий, кн.2, М., Машиностроение, 1976, с.143-145. 2.Авторское свидетельство СССР № 257114, кл. G 01 N 27/86, 1969 (прототип).