Устройство для измерения толщины Советский патент 1981 года по МПК G01B7/06 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения толщины покрытий. Известно устройство для измерения толщины немагнитных покрытий на ферромагнитных материалах, содержащее генератор, преобразователь, блок формирования опорных напряжений, бло вычитания и регистратор 1 . Недостатком известного устройства является низкая точность измерений. Наиболее близким по.технической сущности к изобретению является устройство для измерения толщины, содер жащее последов-ательно соединенные генератор, преобразователь, пиковый детектор и блок автоматического пере ключения диапазонов измерения, блок формирования опорных напряжений,блок вычитания, соединенный с ним блок коррекции чувствительности измерения ирегистратор 21. Недостатки этого устройства - тру доемкость процесса калибровки-и недостаточная точность. Цель изобретения - повышение точ ности измерений и автоматизация нас ройки устройства. Для достижения цели предлагаемое устройство снабжено блоком вьщеления верхнего уровня рабочего диапазона измерения, один вход которого подключен к выходу блока автоматического переключения диапазонов измерения, второй вход - к выходу блока формирования опорных напряжений, а выход к блоку вычитания, блоком выделения нихснего уровня рабочего диапазона измерения, один вход которого соединен с выходом блока автоматического переключения диапазонов измерения, а второй вход- - с выходом блока- формирования опорных напряжений, дополнительным блоком вычитания, входы которого соединены с выходами блока выделения верхнего уровня рабочего диапазона измерения и блока выделения нижнего уровня рабочего диапазона измерения, а выход - со входом блока коррекции чувствительности измерения, и блоком суммирования, входы которого соединены с выходом блока коррекции чувствительности измерения и блока автоматического переклк)чения диапазонов, измерения, а выход - с регистратором, а также блоком компенсации влияния знака производной сигнала преобразователя, включенным между

пиковым детектором и блоком автоматического переключения диапазонов измерения, второй вход блока компенсации соединен с блоком формирования опорных напряжений, а выход соединен также с входами блока вычитания и блока формирования опорных напряжений. При этом блок коррекции чувствительности измерения выполнен на основе схемы деления напряжений.

На чертенке представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1 возбуждения, преобразователь 2, пиковый детектор 3 и блок 4 компенсации влияния знака производной сигнала преобразователя, который связан со входом

5блока б автоматического переключения диапазонов измерения, входом 7 блока 8 вычитания и входом блока 9 формирования опорных напряжений.Вход 10 блока б автоматического переключения диапазонов измерения подключен

к выходу блока 9 формирования опорных напряжений, выход 11 - к одному. из входов блока 12 суммирования, а выход 13 - к блоку 14 выделения верхнего уровня рабочего диапазона измерения.. Вход 15 блока 14-выделения верхнего уровня рабочего диапазона измерения соединен с выходом блока 9 формирования опорных напряжений,входом 16 блока 8 вычитания и входом 17 дополнительного бЛока 18 вычитания. Вход 19 блока 20 выделения нижнего уровня рабочего диапазона измерения подключен к одному из выходов блока

6автоматического переключения диапазонов измерения, вход 21 - к выходу блока 9 формирования опорных напряжений, а выход - ко входу 22 дополнительного блока 18 вычитания.Выход блока 8 вычитания и выход 23 дополнительного блока 18 вычитания подключены к блок 24 коррекции чувствительности измерэния, выход которого связан с одним из входов блока -12 суммирования. Оди из входов блока 4 компенсации влияния знака производной сигнала преобразователя соединен с выходом блока.

9 формирования опорных напряжений, а выход блока 12 суммирования связан с регистратором 25.

Устройс-гво работает следующим образом.

Напряжение генератора 1 возбуждения поступает в преобразователь 2, сигнал которого,- несущий.информацию. о контролируемом параметре, детекти.руется п-иковым детектором 3 и поступает по входу 5 в блок 6 автоматического переключения диапазонов измерения, где в соответствии с величиной сигнала-включается необходимый рабочий диапазон измерений. Блок 9 формирования опорных напряжений задает уровни опорных напряжений как для блока б автоматического переключения диапазонов измерения, так и для блоков 14 и 20 выделения соответственно верхнего и нижнего уровней рабочего диапазона.

Ввиду того, что характер зависимости выходной ЭДС преобразователя от величины толщины покрытия является нелинейным, при разбиении всего диапазона на поддиапазоны чувстви-. тельность в каждом из них будет различной, но если пользоваться не значениями UB- DC, а отношениями U0-UC

UB-«H

-где Ug

верхнее значение рабочего диапазона, выделяемое- блоком 14; ,

Uu нижнее значение рабочего диапазона, выделяемое блоком 20)

Up. величина сигнала преобразователя ,

то для каждого из поддиапаз-онов сренее значение чувствительности будет постоянным.

Таким образом, для любого поддиапазона требуется от его верхнего уровня вычесть текущее значение сигнала и зту разность подать на один из входов деления напряжений - блока 24 коррекции чувствительности измерения. На второй вход схемы деления напряжений подается разность верхнего и нижнего уровней рабочего диапазона. При включении, например, первого диапазона,на входы 7 и 16-блока 8 вычитания поступают напряжения с пикового детектора 3 и блока 14 выделения верхнего уровня рабочего диапазона измерения, соответственно. На выходе блока 8 вычитания- выделяется разность . , где верхний уровень первого диапазона, а Uc - значение сигнала преобразователя, соответствующее первому диапазону, и поступает на один из входов блока 24 коррекции чувствительности измерения. На входы 17 и 22 блока 18 вычитания поступают напряжения Ug и UH соответст-венно, где ц - нижний уровень первого диапазона. На выходе 23 блока 1В вычитания выделяется разность УЙ -Uw и поступает на другой вход блока 24 коррекции чувствительности измерения. С выхода блока 24 коррекции чувствительности измерения напряжение поступает на вход блоки 12 суммирования, где суммируется с напряжением, пропорциональных значению выбранного диапазона измерения, и далее поступает на регистратор,где и регистрируется измеряемая толщина покрытия.

Как правило, зависимость выходного сигнала преобразователя от измеряемой толщины покрытия является нелинейнср убывающей, но довольно часто

встречаются сочетания покрытие-основа, для которых характеристика преобразователя является нелинейновозрастающей.

Характер зависимости может быть определен по знаку производной. Поэтому для расширения функциональных возможностей устройства предусмотрен блок 4 компенсации влиянии знака производной преобразователя,один вход которого подключен к выходу пикового детектора 3, другой вход -,к выходу блока 9 формирования опорных напряжений, а выход - ко входам бло. ка 3 вычитания, блока б автоматического переключения диапазонов измерения и блока 9 формирования опорных напряжений.

При отрицательном значении производной сигнал в выхода пикового детектора 3 без изменений проходит через блок 4 компенсации влияния знака производной сигнала преобразователя, и зависимость выходного сигнала этого блока от толщины покрытия остается монотонно убывающей. При возрастающем характере зависимости (изменение знака производной) с блока 9 формирования опорных напряжений на один из входов блока 4 компенсации влияния знака производной сигнала преобразователя поступает опорное напряжение, из которого производится вычитание сигнала, снимаемого с пикового детектора 3. Вследствие этого зависимость сигнала на выходеблока 4 компенсации влияния знака производной о .толщины будет также иметь вид моното iHO убывающей функции. ; В устройстве используется способ формирования опорных напряжений, осн ванный на последовательном запоминании опорных напряжений с помощью известных аналоговых запоминающих устройств (интеграторов и др.). При использовании для формирования опорных напряжений аналоговых запоминающих устройств выполнение блока коррекции чувствительности в виде делитля двух напряжений приводит к автоматизации процесса настройки, так как исключается регулировка этого блока, а запоминание опорных напряжений сводится к операции последовательной установки преобразователя на эталонирование покрытия для данной основы. Помимо этого, для удобства и оперативности формирования напряжений при использовании резистивных делителей можно вместо точных измерительных приборов использовать дифференциальные усилители и регистратор этого же. устройства. Для этого при установке выходных напряжений резистивных делителей на один из входов блока 12 суммирования можно подавать выходные эталонные; напряжения пикового детектора 3, а на другой - выходное напряжение резистивных делителей

блока 9 формирования опорных напряжений. Равенство напряжений будет отмечаться при нулевом показании регистратора.

Использование отношения напряже, НИИ приводит также к увеличению точности измерения, так как при этом исключается нестабильность коэффициентов передач, общих для числителя и знаменателя измеряемого отношения,

и тех факторов, которые приводят к

симметричным колебаниям его для однотипных, но различных цепей (например, влияние нестабильности источников питания, температуры окружающей среды и т.д.).

5 Кроме того, благодаря наличию блока компенсации знака производной, устройство может осуществлять измерение как в случае убывающей характеристики преобразователя, так и в

0 случае возрастающей характеристики, а значит может обеспечить измерение не только толщины покрытия, но и толщину изделий, например, листовых материалов.

В устройстве могут использоваться

5 преобразователи с различным принципом работы, например электромагнитные, СВЧ, ультразвуковые и др., в соответствии с требованиями, предъявляемьми задачей, решаемой устройст0вом в каждом конкретном случае.

Устройство обеспечивает индикацию измеряемой толщины покрытия непосредственно в микрометрах, представленную в десятичном или другом коде,

5 а также ввод на цифропечать, АСУ или ЭВМ. Кроме того, при необходимости дает сигнал о выходе измеряемой толщины за определен11ые пределы, что и обеспечивает в конечном итоге ак0тивный контроль.

Формула изобретения

1. Устройство для измере-ния толщины, содержащее последовательно соединенные генератор, преобразователь,пиковый детектор и блок автоматического преключения диапазона измерения, блок формирования опорных напряжений, блок вычитания, соединенный с ним блок коррекции чувствительности измерения и регистратор, о т л.; и чающееся тем, что, с целью повышения точности измерения и автоматизации настройки устройства, оно снабжено блоком выделения верхнего уровня рабочего диапазона измерения, ОДИН вход которого подключен к выходу блока автоматического переключения диапазонов измерения, второй вход - к выходу блокаформирования опорных напряжений, а вь1ход - к блоку вычитания, блоком выделения нижнего уровня рабочего диапазона измерения, один вход которого соединен

С выходом блока автоматического переключения диапазонов измерения, а второй вход - с выходом блока формирования опорных напряжений, дополнительным блоком вычитания, входы которого соединены с выходами блока выделения верхнего уровня рабочего диапазона измерения и блока выделения нижнего уровня рабочего диапазона измерения, а выход - с входом блока .коррекции чувствительности измерения и блоком суммирования, входы которого соединены с выходом блока коррекции чувствительности измерения, и блока автоматического переключения диапазонов измерения, а выход - с регистратором.

2. Устройствопо п. 1, о т л и чающееся тем, что оно снабжено блоком компенсации влияния знака производной сигнала преобразователя, включенным между пиковым детектором

и блоком автоматического переключения диапазонов измерения, второй вход блока компенсации соединен с блоком формирования опорных напряжений, а выход соединен также с входами бло вычитания и блока формирования опорных напряжений.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что блок, коррекции чувствительности измерения выполнен на основе схемы деления напряжений.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Валитов А.М.-З. и др. Приборы и методы контроля толщины покрытий. М., Машиностроение, 1970, с. 6085.

2.Авторское свидетельство СССР

по заявке № 2302615,кл. G 01 В 7/06, 1975 (прототип).