Устройство для измерения толщины

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для толщинометрии материалов и покрытий. Цель изобретения - повьшение точности измерений за счет разбива всего диапазона измерения на поддиапазоны, в пределах которых зависимость выходного сигнала преобразователя от измеряемой толщины линейна. В основе работы устройства лежит выражение HX + + УПМ- UK/и„.г и„(Н„- Н.,), где Н - толщина материала, п - номер поддиапазона измерения, в который попадает сигнал иX.Выходной сигнал преобразователя 2 детектируется и через блок 4 компенсации влияния знака производной поступает в блок 6 автоматического переключения диапазонов измерения, в котором осуществляется сравнение измеренного сигнала и X и опорных сигналов, поступающих с блока 5 формирования опорных сигналов. На выходах блоков 8,13 и 17 вычитания образуются соответственно разности и„.,- и,, и.,- и„, Н„. , которые поступают в блок 9 коррекции чувствительности измерений. На выходе последнего образуется сигнал А и,.- Ux/U.,- и„(Н„- Н„.,), где А - коэффициент-передачи блока 9. Сигналы с выхода блока 9 и блока 6 автоматического переключения диапазонов измерения поступают на входы блока 10 суммирования, сигнал с выхода которого линейно связан с измеряемой толщиной, 2 ил. i (Л со СП СО Од сд со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1

„„SU„„1359 (50 4 С 01 В 7/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3967450/25-28 (22) 18.10.85 (46) 15.12.87. Бюл. У 46 (71) Институт прикладной физики

АН БССР и Центральное конструкторское бюро с опытным производством

АН БССР (72) Н.Н.Зацепин, В.Л,Цукерман, И.И,Малько и И.И.Линник (53) 620.179.14 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 892199, кл.G 01 В 7/06, 1978. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для толщинометрии материалов и покрытий, Цель изобретения — повышение точности измерений за счет раэбива всего диапазона измерения на поддиапазоны, в пределах которых зависимость выходного сигнала преобразователя от измеряемой тол-. щины линейна. В основе работы устройства лежит выражение Н„ = Н„, +

+ U„„- U „ /U „,— U„(H„- HÄ, ), где

Н вЂ” толщина материала, n — номер поддиапазона измерения, в который попадает сигнал U„.Âûõoäíaé сигнал преобразователя 2 детектируется и через блок 4 компенсации влияния знака производной поступает в блок 6 автоматического переключения диапазонов измерения, в котором осуществляется сравнение измеренного сигнала

U и опорных сигналов, поступающих с блока 5 формирования опорных сигналов. На выходах блоков 8,13 и 17 вычитания образуются соответственно разности 0 - U„ U„ U» H Нп ( которые поступают в блок 9 коррекции чувствительности измерений. На выходе последнего образуется сигнал

А 11„,— Ux/Un,— 11„(К„- Н„,), где А— коэффициент передачи блока 9. Сигна- С, лы с выхода блока 9 и блока 6 автоматического переключения диапазонов 2 измерения поступают на входы блока

10 суммирования, сигнал с выхода, 1э© которого линейно связан с измеряемой толщиной, 2 ил. сО

D В А D

ЗВ

ЕС АЕ

В свою очередь

П2 Х !!2 Пэ

ЕС-Н,-Н, DB m mНх- Н l 13596

Изобретение относится к контроль- но-измерительной технике и может быть использовано для измерения толщины материалов и покрытий.

Цель изобретения — повышение точ,ности измерений за счет учета откло-, нения от линейной реальной зависимости выходного сигнала преобразователя ,от измеряемой толщины. 10

На фиг.l представлена блок-схема устройства для измерения толщины; на фиг.2 — график, поясняющий работу, устройства.

Устройство содержит последова- 15 тельно соединенные генератор 1, преобразователь 2, детектор 3, блок 4 комценсации влияния знака производной, блок 5 формирования опорных напряжений, блок 6 автоматического пе- 20 реключения диапазонов измерения, второй вход которого соединен с выходом блока 4 компенсации влияния знака производной, первый управляемый коммутатор 7, второй вход кото- 25 рого соединен с вторым выходом блока

3 формирования опорных напряжений, первый блок 8 вычитания, второй вход которого соединен с выходом блока 4 компенсации влияния знака производ- 30 ной, блок 9 коррекции чувствитель.ности измерений, блок 10 суммирования, второй вход которого соединен с вторым выходом блока 6 автоматического переключения диапазонов измерения, и регистратор 11. Третий выход блока 5 формирования опорных напряжений подключен к второму входу блока 4 компенсации влияния знака производной. Устройство содержит вто- 40 рой управляемый коммутатор 12, первый и второй входы которого связаны соответственно с третьим выходом блока 6 автоматического пере-. ключения диапазонов измерения и с вы- 45 ходом блока 5 формирования опорных напряжений, второй блок 13 вычитания, входы которого соединены с выходом коммутатора !2 и выходом коммутатора 7, а его выход — с вторым входом блока 9 коррекции чувствитель50 ности измерений.

59 2 вторым выходом эадатчика 14 опорных значений через четвертый управляемый коммутатор 17, а выход — с третьим входом блока 9 коррекции чувствительности измерений. Управляющие входы блоков 15 и 17 соединены соответственно с четвертым и пятым выходами блока 6 автоматического переключения диапазонов измерения, шестой выход последнего соединен с вторым входом блока 5 формирования опорных напряжений, а выход блока 17 соединен с третьим входом блока 10 суммирования.

Устройство работает следующим образом, Ввиду нелинейной зависимости выходной ЭДС преобразователя 2 от величины толщины покрытия весь .рабочий диапазон измеряемых толщин разбивается на пять /в общем случае на и поддиапазонов (фиг.2) шестью граничными значениями, которым поставлены в соответствие выходные значения выходного напряжения преобразователя

2 U,U,,U,U,U, U . Работа устройства осуществляется в предположении, что зависимость выходного сигнала преобразователя 2 ат измеряемой толщины в пределах одного диапазона линейна, т.е. нелинейность не превышает допустимой погрешности.

Предположены,что величина выходного сигнала преобразователя Пх лежит в третьем поддиапазоне и ей соответствует толщина Нх (фиг.2), тогда величина Н > определяется как сума Н + .(Н„- Н ).

Из подобия треугольников АСЕ и

ABD следует, что

Тогда величина Н„равна

Устройство для измерения толщины включает также последовательно соеди- 55 ненные эадатчик 14 опорных значений толщины, третий управляемый коммутатор 15 и третий блок 16 вычитания, второй вход которого соединен с

U-U»

Н Н+- — — -(Н-Н) °

02 U

Для произвольного случая величина

Н„ будет равна

U„- U»

Нх Н + — — — — (Н-Н ), 1! 1! и

1359659 где n — номер поддиапазона, в который попадает сигнал.

Последнее выражение лежит в основе работы устройства.

Номиналы граничных значений поддиапаэонов записаны в задатчки 14 опорных значений толщины (фиг.1), а соответствующие им выходные напряжения преобразователя — в блок 5 фор- 1р мирования опорных напряжений.

Устройство работает следующим образом, Напряжение генератора 1 поступает в преобразователь 2. Выходной сигнал преобразователя 2, несущий информацию в контролируемом параметре, детектируется детектором 3 и поступает через блок 4 компенсации влияния знака производной на вход блбка 2р

6 автоматического переключения диапазонов измерения. Кроме измеряемого сигнала U (ôèã.2) в блок 6 автоматического переключения диапазонов измерения из блока 5 формирования 25 опорных напряжений поступает сигнал

U4 .Áëîê 6 автоматического переключения диапазонов измерения сравнивает измеряемый сигнал U и поступивший с блока 5 формирования опорных напряжений сигнал U4 (сигнал U в блок 6 не поступает, так как лежит за пределами измерений).

Если U < U„ с блока 6 в блок 5 формирования (поиска) опорных напря- 35 жений поступает сигнал и вместо U4 в блок 6 подается U . Так продолжается до тех пор, пока из блока 5 фор.мирования опорных напряжений не пос тупил сигнал, величина которого превышает U„ .В данном случае это сигнал U .

После этого поиск прекращается и . на входы первого блока 8 вычитания поступают измеряемый сигнал U„ и верхний уровень рабочего диапазона

U ; на входы второго блока 13 вычитания — сигналы верхнего U и нижнего U уровней рабочего диапазона, а на входы третьего блока 16 вычитания — значения верхнего Н и нижнего Н уровней. На выходе блока

8 вычитания образуется разность

U - U (в общем случае U,- U ), на выходе блока 13 вычитания U — - U (в общем случае U„,- U„), на выходе блока 16 вычитания Н - Н (в общем случае Н„- Н„,).

Эти разностные сигналы поступают в блок 9 коррекции чувствительности измерения, на выходе которого образуется сигнал

U2 UN

А — — --(Н- Н ) U-U

3 где А — коэффициенты передачи блока 9 коррекции.

В общем случае

А — — (Н-Н ).

Пх

U n-i п- и

Сигнал с выхода блока 9 коррекции поступает на вход блока 10 суммирования, сюда же с блока 6 автоматического переключения диапазонов измерения поступает и сигнал Н (для общего случая Н„,). На выходе блока

10 суммирования образуется сигнал, величина которого. линейно связана с измеряемой толщиной, а так как сигналы Н „ и Н„, представляют собой величины истинных значений толщин в точках разбиения, то выходные напряжения блока 10 суммирования соответствуют истинному значению измеряемой толщины, которая и отображается регистратором 11.

В предлагаемом устройстве блок 5 формирования опорных напряжений в соответствии с величиной поступивщего сигнала Uq (фиг.2) задает уровни опорных напряжений как для блока

6 автоматического переключения диапазонов измерений, так и для коммутаторов 7 и 12. Кроме того, блок 5 формирования опорных напряжений совместно с блоком 6 авТоматического переключения диапазонов измерения формируют управляющие сигналы блоков

15 и 17 выделения.

Таким образом, для определения толщины в любом иэ поддиапазонов требуется от его верхнего уровня вычесть текущее значения сигнала и эту разность подать на один иэ входов блока 9 коррекции чувствительности. На второй вход этого блока подается разность верхнего и нижнего уровней рабочего диапазона, а на третий — разность граничных значений толщин рабочего диапазона.

Как правило, зависимость выходного напряжения преобразователя от измеряемой толщины покрытия является нелинейно-убывающей, но для ряда сочетаний покрытие — основа она может

5 13596 быть возрастающей (в зависимости от соотношения велиуин удельных электрических проводимостей покрытия и основы}. Характер зависимости может быть определен по знаку производной.

Для этого использован блок 4 компен- сации знака производной.

При отрицательном значении производной сигнал с выхода детектора 3 10 без изменений проходит через блок 4 компенсации влияния знака производной и зависимость выходного сигнала этого блока от толщины покрытия остается монотонно-убывающей. При воз- 15 растающей зависимости (изменение знака производной) с блока 5 формирования опорных напряжений на один иэ входов блока 4 компенсации влияния знака производной поступает опорное 20 напряжение, из которого вычитается сигнал с детектора 3. Вследствие этого зависимость сигнала на выходе бло-. ка 4 будет также иметь вид монотонно-убывающей функции. 25

Предлагаемое устройство обеспечивает воэможность индикации измеряемой величины непосредственно в микрометрах и дальнейшей обработки результатов измерений средствами цифровой 30 техники.

Формула изобретения.; Устройство для измерения толщины, содержащее последовательно соединенные генератор, преобразователь, детектор, блок компенсации, блок формирования опорных напряжений, блок автоматического переключения диапазонов измерения, второй вход 40 которого соединен с выходом блока компенсации влияния знака производной, первый управляемый коммутатор, второй вход которого соединен с вторым выходом блока формирования опор- 45 ных напряжений, первый блок вычита--. ния, второй вход которого соединен с

59

6 выходом блока компенсации влияния знака производной, блок коррекции чувствительности измерений, блок суммирования, второй вход которого соединен с вторым выходом блока автоматического переключения диапазонов измерения, и регистратор, второй управляемый коммутатор и второй блок вычитания, третий и четвертый выходы блока формирования опорных напряжений соединены соответственно с вторым входом блока компенсации влияния знака производной и первым входом второго управляемого коммутатора, второй вход которого соединен с третьим выходом блока автоматического переключения диапазонов измерения, а выход — с первым входом второго блока вычитания, второй вход последнего соединен с выходом первого управляемого коммутатора, а выход — с вторым входом блока коррекций чувствительности измерений, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено третьим управляемым коммутатором, последовательно соединенным задатчиком опорных значений толщины, четвертым управляемым коммутатором, и третьим блоком вычитания, выход которого подключен к третьему входу блока коррекции чувствительности измерений, управляющие входы третьего и четвертого коммутаторов подключены к четвертому и пятому выходам блока переключения диапазонов измерения, шестой выход которого соединен с вторым входом блока формирования опорных напряжений, второй вход третьего управляемого коммутатора подключены к второму выходу задатчика опорных значений толщины, а его выход — к второму входу блока вычитания, а третий вход блока суммирования подключен к выходу четвертого управляемого коммутатора.

1359659

Составитель А. Тычинин

Редактор Э.Слиган Техред М.Моргентал Корректор А.Тяско

Заказ 519 Тираж 677 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

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