Магнитный толщиномер покрытий

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для неразрушающего контроля толщины немагнитных покрытий на ферромагнитном основании. Цель изобретения - повышение точности измерений. Цель достигается путем линеаризации сигнала с выхода блока обработки сигнала. При размещении торца стержневого постоянного магнита 1 на контролируемом изделии изменяются сопротивления магниторезисторов 2 и 3. Разностный си1- нал, определяемый разностью сопротивлений магниторезисторов 2 и 4, поступает через магниторезистор 3 на вход операционного усилителя. Коэффициент усиления последнего автоматически изменяется за счет магниторезистора 3, обеспечивая линеаризацию без применения сложных лине аризаторов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. сл 00 со | Oi ел (риГ.1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1337650 А1 (51) 4 С 01 В 7/06

ВСКСОНЩЦ

"|3,;" „.,13

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4048436/25-28 (22) 01.04.86 (46) 15.09.87, Бюл. М- 34 (71) Научно-исследовательский институт интроскопии (72) С.Н.Шубаев, И.Н.Назаров, M.È.ÙåòèHèí и Ю.К.Федосенко (53) 620.179.14(088.8) (56) Приборы для неразрушающего контроля материалов и иэделий: Справочник. Под ред. В.В,Клюева, В 2-х кн, M.: Машиностроение, 1986. Кн.2, 2-е изд., с.61.

Там же, с,60, (54) МАГНИТНЪ|Й ТОЛЩИНОМЕР ПОКРЫТИЙ (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для нераэрушающего контроля толщины немагнитных покрытий на ферромагнитном основании, Цель изобретения — повышение точности измерений. Цель достигается путем линеаризации сигнала с выхода блока обработки сигнала. При размещении торца стержневого постоянного магнита 1 на контролируемом изделии изменяются сопротивления магниторезисторов 2 и 3. Разностный сигнал, определяемый разностью сопротивлений магнитореэисторов 2 и 4, поступает через магнитореэистор 3 на вход операционного усилителя.

Коэффициент усиления последнего автоматически изменяется за счет магниторезистора 3, обеспечивая линеаризацию беэ применения сложных линеаризаторов. 1 э,п. ф-лы, 2 ил.

1337650

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для неразрушающего контроля толщины немагнитных

5 покрытий на ферромагнитном основании.

Цель изобретения — повышение точности измерений путем линеаризации сигнала и выхода блока обработки

35

55 сигнала. 10

На фиг.1 показан стержневой постоянный магнит с магниторезисторами; на фиг,2 — структурная схема толщиномера.

Магнитный толщиномер покрытий состоит из стержневого постоянного магнита 1 с размещенными на его рабочем торце магниторезисторами 2 и 3 и магнитореэистором 4,размещенным на другом торце постоянного магнита 1. Магниторезисторы 2 и 4 соединены по дифференциальной схеме, для чего они запитываются через резисторы 5 и 6 от разнополярных ис точников питания, Незаземленные выводы магниторезисторов 2 и 4 через резисторы 7 и 8 соответственно подключены к неинвертирующему входу повторителя 9, выполненного в виде операционного усилителя с выходом, под- З0 ключенного к инвертирующему входу.

Повторитель 9 совместно с операционным усилителем 10 образуют блок обработки сигнала, при этом выход повторителя 9 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 10 через магниторезистор 3. Операционный усилитель охвачен цепью положитель— ной обратной связи, образованной резисторами 11 и 12, Для повышения тем в 40 пературной стабильности резистор 11 может быть выполнен в виде магниторезистора, идентичного магниторезисторам 2-4, и включен между неинвертирующим входом операционного усилителя 10 и землей, а резистор 12 включен между выходом операционного усилителя 10 и его неинвертирующим входом, Выход операционного усилителя 10 подключен к входу блока измерения и индикации, состоящего из последовательно соединенных цифрового измерителя 14 и индикатора 15.

Толщиномер работает следующим образом.

11ри установке рабочего торца стержневого постоянного магнита 1 на образец основания без покрытия токи в цепях магниторезисторов 2 и 4 ся только измерить Uq<„< с помощью цифрового измерителя 14, установив в нем соответствующий масштабный множитель, и отобразить измеряемую величину толщины на индикаторе 15.

Требуемая линейная зависимость с помощью цепи положительной обратной связи получается следующим образом.

Обозначим величину сопротивления магниторезисторов 2 и 3 через R< и

R> Тогда их зависимость от толщины х покрытия имеет вид

А

R = R = R +

2 3 0 х + х э х, где R, Аих величина сопротивлений магниторезисторов при x = константы, определяемые параметрами магниторезисторов и величиной магнитного поля магнита также при х = сю.

С учетом компенсации начального сигнала при х = 0 напряжение U ñèãс помощью резисторов 5 и 6 устанавливаются такими, чтобы их суммарное напряжение, поступающее на вход повторителя 9, равнялось нулю, Затем при установке стержневого постоянного магнита 1 на изделие с толщиной

Х покрытия величина магниторезистора 4 почти не изменяется, а магниторезистора 2 увеличивается, В результате на входе и выходе повторителя 9 появляется напряжение сигнала. Оно тем больше, чем больше толщина Х. Однако зависимость сигнала от Х нелинейна и носит гиперболический характер. Такая зависимость характерна для магниторезисторов, размещенных в зазоре между постоянным магнитом и ферромагнитной пластиной. Далее сигнал подается через магниторезистор 4 на вход операционного усилителя 10. Поскольку величина сопротивления магниторезистора 3 изменяется так же, как и магниторезистора 2, а от этого сопротивления зависит коэффициент К усиления усилителя 10, то значение

К„, оказывается такой функцией толщины Х, что результирующая зависимость сигнала U, на выходе усилителя 10 от толщины Х оказывается строго линейной. После этого остает1337650 нала на выходе повторителя описывается зависимостью

ВХ

U (2) х + х

15

В э — — (R

R 12

+ R„) (3) К2с

20 где R„„R12 и R1,3 сопротивле ния резисторов 11, 12 и 13 соответственно.

Подставив в (3) выражение для R из (1) и учитывая (2), получим для напряжения U< сигнала Аа выходе операционного усилителя

02=

ВХ (4) зо (Х +X) R + — -p

913

Х+Х и о м2

При условии (R, R < /R „) что всегда можно сделать, например, подбором одного иэ этих сопротивле— ний, получим

НХ

2 А

СХ (5)

Ф (х + х) е х + х о

40 где С вЂ” новая константа.

Формула показывает, что на выходе операционного усилителя напряжение сигнала оказывается строго про- 45 порциональным измеряемой толщине х покрытия. Роль цепи положительной обратной связи заключается в комгде В = const, определяемая в частности током через магнитореэисторы

2 и4.

Коэффициент передачи усилителя, 10 охваченного положительной и отрицательной обратными связями, определяется формулой пенсации начальной величины R сопротивления магнитореэистора 3. В результате измерение выполняется с более высокой точностью, чем это обеспечивают схемы линеариэаторов в известных приборах и без применения этого сложного устройства.

Формула из обре те ния

1. Магнитный толщиномер покрытий, содержащий стержневой постоянный магнит, магниточувствительный элемент, размещенный на рабочем торце постоянного магнита, последовательно соединенные блок обработки сигнала и блок измерения и индикации, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с це-. лью повышения точности измерения, он снабжен вторым магниточувствительным элементом, размещенным рядом с первым на рабочем торце стержневого постоянного магнита, и размещенным на другом торце последнего третьим магниточувствительным элементом, магниточувствительные элементы выполнены в виде идентичных магниторезисторов, блок обработки сигнала выполнен в виде повторителя и операционного усилителя, соединенного с инвертирующим входом через второй магниторезистор с выходом повторителя, первый и третий магнитореэисторы соединены по дифференциальной схеме и подключены к входу повторителя, а операционный усилитель охвачен цепями положительной и отрицательной обратной связи, его выход является выходом блока обработки сигнала.

2. Толщиномер по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что он снабжен четвертым идентичным магнитореэистором, посредством которого неинвертирующий вход операционного усилителя в цепи положительной обратной связи соединен с землей.

1337650 блок аЬробогтни сиенцпо бляь юг2

Составитель П.Шкатов редактор Н. Горват Техред И. Ходанич корректор Л.Бескид

Заказ 4117/35 Тираж 676 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1!3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæroðîä, ул,Проектная,4