Вихретоковый преобразователь толщиномера покрытий

 

Изобретение относится к устройствам для измерения толщины различных покрытий на металлических основах. Цель изобретения - повышение точности измерения толщины покрытий выпукло-вогнутых изделий и удобства эксплуатации - достигается благодаря тому, что вйхретоковый преобразователь толщиномера покрытий, содержащий излучающую катушку на стержневом ферромагнитном сердечнике и две соосные приемные катушки, снабжен по меньшей мере двумя дополнительными стержневыми ферромагнитными сердечниками, установленными параллельно основному, симметрично относительно него и с возможностью независимого перемещения вдоль своих осей, а ось приемных катушек перпендикулярна оси излучающей катушки. 2 з.п. ф-лы, 5 ил. ел С

соЮЗ СОВЕТСКИХ . СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Я)5 G 01 В 7/10

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ f (21) 4930919/28 (22) 23,04.91 (46) 23.02.93. Бюл, М 7 (71) Специальное конструкторское бюро по проектированию приборов и средств автоматизации (72) Э.Э.Марк, Т.Д.Джапаридзе и В.И.Чорголашвили (56) Авторское свидетельство СССР . М 549731, кл. G 01 N 27/90, 21.02.72, Авторское свидетельство СССР

N 1352336, кл. G 01 N 27/90, 19.04,85.

Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник / Под ред. B,В.Клюева, кн.2. — M.: Машиностроение, 1986, с.83, Дорофеев А.Л, и др. Индукционная толщинометрия, — M. Энергия, 1978, с.154—

155.

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, а именно к устройствам для измерения толщины различных покрытий на металлических основах.

Известна конструкция накладного вихретокового преобразователя, содержащего излучающую и приемную индуктивные катушки с взаимно перпендикулярными осями., Наиболее близким по технической сущности к изобретению является трехобмоточный вихретоковый преобразователь. Этот преобразователь содержит стержневой ферромагнитный сердечник с тремя индуктивными катушками. Две катушки являются приемными. Они включены последовательно-встречно и расположены по обеим сторо-, нам от третьей излучающей. Одна иэ

„„ „„1796888 А1 (54) ВИХРЕТОКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТОЛЩИНОМЕРА ПОКРЫТИЙ (57) Изобретение относится к устройствам для измерения толщины различных покрытий на металлических основах. Цель изобретения — повышение точности измерения толщины покрытий выпукло-вогнутых изделий и удобства эксплуатации — достигается благодаря тому, что вихретоковый преобразователь толщиномера покрытий, содержащий излучающую катушку на стержневом ферромагнитном сердечнике и две соосные приемные катушки, снабжен по меньшей мере двумя дополнительными стержневыми ферромагнитными сердечниками, установленными параллельно основному, симметрично относительно него и с возможностью независимого перемещения вдоль своих осей, а ось приемных катушек перпендикулярна оси излучающей катушки. 2 з.п, ф-лы, 5 ил. приемных катушек подвижна относительно других. Центры приемных катушек размещены симметрично относительно центра излучающей катушки и лежат на одной с ней прямой. Все катушки намотаны вдоль этой прямой (оси), которая представляет собой стержневой ферромагнитный стержень.

Благодаря наличию двух приемных катушек, расположенных в параллельных плоскостях, и включенных последовательно-встречно, этот преобразователь имеет повышенную помехозащищенность к внешним электромагнитным помехам.

Недостатком этого преобразователя является его чувствительность к изменениям кривизны поверхности основы в области измеряемой толщины покрытия, Так, если иэ1796888 мерения проводятся на вогнутой поверхности, то воспринимается тем больший сигнал, чем меньше радиус кривизны, Если же измерения проводятся на выпуклой поверхности, то с уменьшением радиуса кривизны сигнал уменьшается.

Величина изменения воспринимаемого сигнала за счет изменения радиуса кривизны выпуклости или вогнутости поверхности основы. соизмерима, а в большинстве случаев значительно превышает изменение воспринимаемого сигнала, обусловленное изменениями толщины: покрытия. Это в свою очередь обуславливает низкую точность измерений толщины покрытий металлических основ с изменяющимися радиусами кривизны поверхностей, а в большинстве случаев вообще не позволяет оценить толщину покрытий с какой-либо достоверностью.

Применение эталонных образцов с заданной кривизной поверхностей позволяет уменьшить погрешность измерений толщины покрытий металлических деталей (поверхностей) при сравнительно малой погрешности изменения радиусов кривизны их поверхностей по отношению к эталонным, В данном случае необходимо наличие широкого спектра эталонных образцов, что

0 общем случае довольно затруднительно, а для случаев необходимости измере ия толщины покрытий с изменяющимся радиусом кривизны поверхности или сложностью определения этого радиуса вообще не приемлемо, Другим недостатком известного преобразователя является восприятие максимального сигнала от основы при отсутствии покрытия и уменьшение этого сигнала с увеличением толщины покрытия, т.е. для изме; рений необходимо специально дополнительное устройство для компенсации первоначального сигнала. Это неудобно и вносит дополнительные погрешности измерений.

Цель изобретений — повышение точности при измерении толщины покрытий выпукло-вогнутых изделий и удобства эксплуатации, Цель дос гигается тем, что вихретоковый преобразователь толщиномера покрытий, содержащий излучающуЮ катушку. закрепленную на стержневом ферромагнитном сердечнике, и две соосные приемные катушки, включенные последовательно-встречно, .в котором центры приемных катушек расположены симметрично относительно центра излучающей катушки и лежат на одной с ним прямой, он снабжен, по меньшей мере, двумя дополнительными стержневыми ферромагнитными сердечниками, установленными параллельно основному сердечнику симметрично относительно него и с возможностью независимого перемещения вдоль своих осей. а ось приемных катушек перпендикулярна оси излучающей.

Кроме того. основной сердечник установлен асимметрично относительно центра

10 излучающей катушки так, что его рабочий конец короче его другого конца.

Кроме того, рабочие концы дополнительных сердечников изогнуты в виде боковых зубцов трезубца.

На фиг.1 приведена конструкция вихревого преобразователя толщиномера; на фиг.2 — вариант конструкции вихретокового преобразователя толщиномера, вид снизу; на фиг.3 — вариант конструкции вихретоко20 вого толщиномера; на фиг.4- характеристики зависимости амплитуд воспринимаемых сигналов от толщины покрытия металлической основы для случаев симметричного и асимметричного расположения. основного

25 стержневого ферромагнитного сердечника, на фиг.5- характеристики зависимостей амплитуд воспринимаемых сигналов от изменения радиуса кривизны основы и от соответствующего перемещения дополни30 тельных стержневых ферромагнитных сердечников

В ихретоковый преобразователь толщиномера (фиг.1, 2, 3) содержит корпус 1, излучающую катушку 2, намотанную вдоль

35 основного стержневого ферромагнитного сердечника 3, проходящего через центр 4 излучающей катушки, соосно ее оси 5, приемные катушки 6. 7 включены последовательно-встречно и намотаны вдоль оси 8 перпендикулярной оси 5, стержневые ферромагнитные сердечники 9, 10 установлены с противоположных сторон от основного сердечника 3, параллельно ему, в одной плоскости с ним, винты 11, 12 прижимают пру45 жины 13, 14 к концам соответствующих дополнительных сердечников 9, t0, другие концы которых предназначены для соприкосновения с покрытием 15 металлической основы 16. Дополнительные стержневые

50 ферромагнитные сердечники 9, 10 обладают подвижностью вдоль основного сердечника

13. Размер 17 между концом основного сердечника 3 и центром 4 излучающей катушки

2 может быть меньше или равен размеру 18, 55 между центром 4 и свободным концом основного сердечника 3.

Вихретоковый преобразователь толщиномера (фиг.2) может быть снабжен несколькими парами дополнительных стержневых ферромагнитных сердечников, 1796888 например, допблнительными сердечниками крытия. Диапазон измерений значений сиг(9 — 1, 10-1), (9-2, 10-2), (9 — 3, 10 — 3). налов за счет изменения кривизны выпуклоРабочие концы 19, 20 соответственно вогнутой поверхности основы находится в дополнительных сердечников 9, 10 (фиг.3) пределах, а во многих случаях и значительно предназначенных для соприкосновения с 5 превышает диапазон изменений, сигналов покрытием 15 могут быть выполнены, на- от изменяющейся толщины покрытий. Попример, в виде боковых зубцов трезубца. следнее обуславливает повышенную поПроведенные исследования показали, грешность измерений за счег изменения что s с л у ч а еe,, кKоoг д а р а з м еeр ы 1177, 18 равны радиуса кривизны выпукло-вогнутой повердругдругу и ось 8(фиг.3) соединяющая цен- 10 хности основы. Дальнейшие исследования тры 21, 22 соатветству@ц1их катушек 6, 7 показали, что при наличии дополнительных проходит через центр 4 излучающей катуш- ферромагнитных сердечников 9, 10,обладаки 2, зависимость амплитуды воспринимав- ющих подвижностью вдоль основного сермого сигнала от толщины покрытия 15 дечника3,можнотакподобратьихразмеры металлической основы 16, имеет вид кривой 15 (диаметр или площадь поперечного сече23 (фиг.4, где на оси ординат 24 — амплитуд- ния), а также материал, что при соответствуное значение воспринимаемого. приемными ющем перемещении дополнительных катушками сигнала, а на оси абсцисс 25 сердечников появляется эффект компенсатолщина покрытия), Эти исследования пока- ции сигнала, появляющегося за счет измеэали, что можно так выбрать соотношения 20 нения радиуса кривизны основы сигналом размеров 17, 18, при этом размер 17 должен появляющимся в результате соответствуюбыть меньше размера 18, что кривая зави- щего перемещения дополнительных сер-. симость амплитуды воспринимаемого сиг- дечников 9, 10. С целью увеличения нала от толщины покрытия будет иметь вид приращения перемещения дополнительных кривой 26, а именно, при отсутствии покры- 25 сердечников 9, 10 их рабочие концы 19, 20, тия сигнал отсутствует и с увеличением тол- предназначенные для соприкосновения с щины покрытия он увеличивается. Это в покрыпгием 15(фиг.3), выполнены в виде боотличие от известных конструкций преобра- ковых зубцов трезубца, отстоящих соответэователей не требует дополнительных ком- ственно на расстояние 31, 32 от основного пенсирующих устройств, что 30 сердечника 3. При перемещении дополнисоответственно уменьшает допопнитель- тельных сердечников 9, 10, например, так, ную погрешность измерения и удобно при что их соответствующие рабочие концы 19, эксплуатации преобразователя. 20 приближаются к излучающей катушке 2, Исследования показали, что для конст- Характеристика зависимости изменения рукции вихретокового преобразователя 35 амплитуды воспринимаемого сигнала от петолщиномера с асимметричным расположе- ремещения этих стержневых ферромагнитнием основного стержневого ферромагнит- ных сеодечников имеет вид коивой 30, и ного сердечника 3, т.е. для случая когда наоборот, при удалении этих концов расстояние 17 меньше расстояния 18 и ха- от излучающей катушки 2— рактеристика чувствительности преобразо- 40 характеристика зависимости изменения амвателя имеет вид кривой 26, при изменении плитуды воспринимаемого сигнала от этого кривизны основы, например, при уменьше- перемещения имеет вид кривой 27, Таким нии радиуса кривизны вогнутой поверхно- образом, при проведении измерений, насти основы с сохраняющимся постоянным пример, на вогнутой поверхности имеется контактом между основным сердечником 3 45 какое-то дополнительное положительное и покрытием 15, характеристика зависимо- значение сигнала. обусловленное изменести амплитуды воспринимаемого сигнала от нием формы основы от плоскопараллельной изменения радиуса кривизны имеет вид до вогнутой, в то же время за счет соответкривой 27 (фиг.5, где на оси ординат 28 — ствующего перемещения дополнительных амплитуда воспринимаемого сигнала, а на 50 сердечников 9, 10 появляется отрицательоси абсцисс 29 — линейное перемещение ный сигнал, равный по абсолютной величиточки основы на каком-то фиксированном не (при соответствующем подборе расстоянии от места соприкосновения ос- параметров дополнительных сердечников) новного сердечника 3 с покрытием) В слу- дополнительномусигналу. В результатеэточае, когда имеет место уменьшение радиуса 55 ro, на концах приемных катушек 6, 7, в отликривизны выпуклой поверхности отмечен- чии от известных конструкций ная характеристика имеет вид кривой 30, вихретоковых преобразователей толщиноКак в том, так и в другом случаях значения меров, будет присутствовать сигнал, обусэтих сигналов непосредственно определя- ловленный только толщиной покрытия, ют погрешности измерения толщины по- Последнее значительно повышает точность

1796888 измерений за счет уменьшения влияния изменения формы основы нэ их результаты.

Размеры 17, 18 (фиг.1.3) основного сердечника 3 et.o параметры и материал, как и расстояния 31, 32 и соответствующие параметры и материал дополнительных сердеч, ников 9, 10 выбираются экспериментально в зависимости от материала основы, требуемой точности и диапазона измерений.

Вихретоковый преобразователь толщиномера (фиг,1, 3) работает следующим образом.

Преобразователь устанавливается на покрытие l5 eT eci.0 O HoBb 16 13К, чтобы ось 5 была перпендикулярна плоскости основы 16 (позиция 33), или линии ее образующей. Излучающая катушка 2 излучает. в окружающее пространство первичное переменное электромагнитное поле, а приемные катушки 6, 7 воспринимают ðåàêцию окружающего пространства или, так называемое, вторичное переменное электромагнитное поле. Преобразователь устанавливается на основу 16 так, чтобы центральный сердечник 3 находился в соприкосновении с покрытием 15. Под действием соответствующих пружин 13, 14 дополнительные сердечники 9, 10 своими рабочими концами 19, 20 прижимаются к покрытию 15, т.е. концы 19, 20 находятся в соприкосновении с этим покрытием. В случае, когда основа 16 плоскопараллельна(позиция 33), дополнительный сигнал от основы 16, вызванный изменением ее формы отсутствует как отсутствует и сигнал, вызванный смещением (перемещением) дополнительных сердечников 9, 10. Приемными катушками 6, 7 воспринимается сигнал, обусловленный только толщиной покрытия 15. В случае, когда основа 16 выпуклая (позиция 34) сигнал, воспринимаемый от нее приемными катушками 6, 7 уменьшается тем больше, чем меньше радиус кривизны, однако в то же время эа счет соответствующего перемещения дополнительных сердечников 9, 10, а именно удаления рабочих концов 19, 20 от излучающей катушки 2, сигнал. воспринимаемый приемными катушками 6, 7 от смещения дополнительных сердечников 9, 10, увеличивается, тем самым компенсируя его уменьшение за счет изменения кривизны формы основы 16. Таким образом, на выходных концах приемных катушек 6, 7 будет присутствовать только сигнал. обусловленный толщиной покрытия 15. В случае, когда измерение тол.щины покрытия 15 проводится на вогнутой поверхности основы 16 (поэиция 35), изменение величины сигнала эа счет изменения формы основы 16 также компенсируется ходимость наличия дополнительных устройств компенсации первичного сигнала, а

50 в конечном итоге уменьшает дополнитель5

45 смещением дополнительных сердечников 9, 10, только в этом случае сигнал от изменения формы основы увеличивается, в то время как сигнал от соответствующего смещения дополнительных сердечников 9, 10 уменьшается. В конечном итоге и в этом случае на выходных концах приемных катушек 6, 7 будет присутствовать только сигнал, обусловленный толщиной покрытия 15.

В случае, когда измерение толщины покрытия 15 проводится на выпукло-вогнутой поверхности основы 16 (позиция 36), смещение одного из дополнительных сердечников компенсирует изменение воспринимаемого сигнала от вогнутой части основы 16. в то время как противоположное смещение другого дополнительного сердечника компенсирует изменение воспринимаемого сигнала,. вызываемого выпуклостью основы 16. Результирующий же сигнал на выходных концах приемных катушек 6, 7 находится только в зависимости от толщины покрытия 15.

Применение изобретения позволяет повысить точность измерения толщины покрытий металлических. основ за счет значительного уменьшения влияния изменения кривизны выпукло-вогнутой. поверхности на результаты измерений, Конструкция вихретокового преобразователя толщиномера позволяет иметь как радиально разнесенные пары дополнительных стержневых ферромагнитных сердечников, тэк и одновременное наличие двух и более пар в одном сечении, что позволяет испольэовать его для измерения толщины покрытий металлических основ со сложной конфигурацией. Благодаря возможности выбора соответствующего положения центрального сердечника, имеется возможность использовать соответствующую характеристику зависимости амплитуды воспринимаемого сигнала от толщины покрытия, в частности характеристику, когда при отсутствии покрытия сигнал на выходных концах приемных катушек отсутствует. Последнее удобно при эксплуатации и устраняет необную погрешность измерений.

Формула изобретения

1. Вихретоковый преобразователь толщиномера покрытий, содержащий излучающую катушку. закрепленную на стержневом ферромагнитном сердечнике, и две соосные приемные катушки, включенные последовательно встречно, в котором центры приемных катушек расположены симметрично

1796888 относительно Центра излучающей катушки и лежат на одной с ним прямой, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности при измерении толщины покрытий выпукло-вогнутых изделий и удобства в зкс- 5 плуатации, он снабжен по меньшей мере двумя дополнительными стержневыми ферромагнитными сердечниками, установленными параллельно основному сердечнику симметрично относительно него и с возмож- 10 ностью независимого перемещения вдоль

IJ своих осей, а ось приемных катушек перпендикулярна к оси излучающей.

2, Преобразователь по п.1, о т л и ч à юшийся тем, что основной сердечник установлен асимметрично относительно центра излучающей катушки так, что его рабочий конец короче его другого конца, 3. Преобразователь по пп.1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что рабочие концы дополнительных сердечников изогнуты в виде боковых зубцов трезубца, 1796888

4ир. 3

25

Составитель Т, Джапаридзе

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор С. Шекмар

Редактор Т. Иванова

Заказ 643 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101