Измерительное устройство

 

Изобретение относится к измерительной технике. Технический результат заключается в повышении разрешающей способности и стабильности результатов проводимых измерений с расширенным рабочим ресурсом измерительной системы и упрощением ее емкостно-преобразовательной части. Устройство состоит из щупа-захвата 1 с электропроводящим основанием 2, подлежащего интегральной толщинометрии непроводящего покрытия 3, щуп 4, коаксиальные кабели 5 и 6, высокочастотный мост 7, усилитель 8, детекторный узел 9 и индикатор 10. Симметрирующий трансформатор 11 связан с генератором переменного тока 12. Устройство также содержит ограничительные сопротивления 13, 14, потенциометр 15, полупеременный 16 и постоянный 17 конденсаторы, магазин сопротивлений 18 и магазин емкостей 19, кругосимметричный корпус 20, угловая втулка 21, крышка 23 из изоляционного материала, диэлектрическая ручка 24. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оперативного контроля среднеинтегрального значения толщины неравномерных защитных покрытий на поверхности металлических изделий.

Известно измерительное устройство, содержащее емкостный преобразователь, выполненный в виде двух щупов, и соединенный с преобразователем посредством коаксиального кабеля канал измерения, составленный последовательно соединенными комплексным высокочастотным мостом, усилителем, амплитудно-фазовым детектором и индикатором.

Недостатком этого устройства является его непригодность для контактной толщинометрии нетвердых изделий при полной неспособности измерения среднеинтегрального значения толщины на определенной площади контролируемого объекта.

Наиболее близким к изобретению является измерительное устройство, которое содержит емкостный преобразователь, выполненный в виде двух щупов, и соединенный с преобразователем посредством коаксиального кабеля канал измерения, составленный последовательно включенными комплексным высокочастотным мостом, усилителем, амплитудно-фазовым детектором и стрелочным индикатором, причем один из щупов выполнен в виде захвата, предназначенного для подсоединения к основанию, на которое нанесено исследуемое покрытие, а второй щуп выполнен плоскостно распределенным с плавно изменяемой эластичностью и составлен диамагнитным цилиндром, на основание которого натянута полимерная пленка с металлизированным покрытием, на противоположном конце цилиндра размещена крышка-штуцер, полость цилиндра разделена тарельчатой диафрагмой, положение которой регулируется винтом-толкателем, установленным в крышке и контактирующим с ней через упругий элемент, а в полость цилиндра между полимерной пленкой и диафрагмой введена тонкая суспензия.

Недостатки этого устройства, являющегося прототипом предлагаемого к патентованию объекта, состоят в ограниченной надежности и стабильности функционирования, что обусловлено быстрой изнашиваемостью металлизированного покрытия на полимерной пленке, которое обращено наружу и имеет ограниченный ресурс работы на истирание.

Заявляемое техническое решение позволяет устранить ограничения и недостатки, присущие известному прототипу, обеспечив положительный технический эффект, заключающийся в сочетании предлагаемым устройством повышенной разрешающей способности и стабильности результатов проводных измерений с расширенным рабочим ресурсом измерительной системы и упрощением ее емкостно-преобразовательной части.

Охарактеризованные технические преимущества предлагаемого к патентованию объекта достигаются тем, что в устройстве, содержащем преобразователь в виде двух щупов, и соединенный с преобразователем канал измерения, составленный последовательно включенными комплексными высокочастотным мостом, усилителем, амплитудно-фазовым детектором и индикатором уровня, где один из щупов преобразователя выполнен в виде захвата, предназначенного для подсоединения к основанию контролируемого покрытия, а второй щуп выполнен плоскостно распределенным и составлен полным кругосимметричным корпусом, на открытое основание которого натянута тонкая гибкая пленка, в указанном устройстве полый корпус плоскостно распределенного щупа емкостного преобразователя выполнен полностью из электропроводящего материала, в частности, металлическим, крышка корпуса выполнена из изоляционного материала и снабжена диэлектрической ручкой, пленка, натянутая на открытое основание корпуса плоскостно распределенного щупа, выполнена из фторопласта, а в качестве балластной среды-заполнителя полости корпуса плоскостного распределенного щупа используются сплавы индия, Вуда или ртуть, при этом в компенсационном плече комплексного высокочастотного моста последовательно с регулируемой РС-ячейкой из параллельно соединенных магазинов емкостей и сопротивлений дополнительно включен полупеременный подстроечный конденсатор.

Предлагаемое к патентованию устройство изображено на прилагаемом чертеже.

Емкостный преобразователь описываемого устройства состоит из щупа-захвата 1, предназначенного для непосредственного электрического контактирования с электропроводящим основанием 2 подлежащего интегральной толщинометрии непроводящего покрытия 3, и щупа 4, выполненного плоскостно распределенным и предназначенным для мягкого электромеханического контактирования с поверхностью исследуемого защитного покрытия 3 на его определенной площади.

С помощью коаксиальных кабелей 5 и 6 щупы 1 и 4 соединены с измерительным каналом, составленным последовательно связанными комплексными высокочастотным мостом 7, усилителем 8, детекторным узлом 9 и индикатором 10.

Входная диагональ моста 7 через симметрирующий трансформатор 11 связана с генератором 12 переменного тока. Мост 7 включает в себя переменный резистивный делитель, составленный ограничительными сопротивлениями 13, 14 и потенциометром 15, а также двумя комплексными плечами, первое из которых образовано коаксиальным кабелем 5 и нагружающим его плоскостно распределенным щупом 4, а второе комплексное плечо образовано коаксиальным кабелем 6, который нагружен двумя последовательно включенными ячейками емкостной ячейкой, составленной параллельно соединенными полупеременным конденсатором 16 и постоянным конденсатором 17, а также второй ячейкой регулируемым РС-узлом, представляющим собой параллельно включенные магазин 18 сопротивлений и магазин 19 емкостей.

Щуп 4 емкостного преобразователя устройства, выполненный плоскостно распределенным, составлен полным кругосимметричным корпусом 20 из электропроводящего материала, (в частности, из нержавеющей стали), нижняя круговая кромка которого плотно сочленяется с упругой втулкой 21, имеющей Г-образный радиальный профиль и выполненной, например, из токопроводящей резины. На закругленную нижнюю кромку упругой втулки 21, образующую открытое основание корпуса плоскостно распределенного щупа 4, натянута тонкая гибкая пленка 22 из фторопласта, а верхняя часть корпуса 20 щупа 4 закрыта навинчиваемой крышкой 23 из изоляционного материала, снабженной диэлектрической ручкой 24. Герметичность замыкания полости корпуса 20 крышкой 23 обеспечивается уплотнительной прокладкой 25, а фиксация тонкой фторопластовой пленки 22 на боковой цилиндрической стенке упругой втулки 21 осуществляется с помощью обжимной гайки 26, образующей с внешней расширенной частью корпуса 20, плоскостно распределенного щупа 4 резьбовое соединение.

Полость корпуса 20 щупа 4 при интегральной толщинометрии неравномерных покрытий в зависимости от степени их шероховатости заполняется в той или иной мере жидкой электропроводящей средой 27, функции которой выполняют сплавы индия или сплав Вуда.

Поскольку полость корпуса 20 щупа 4 закрывается крышкой 23 герметично, то в ряде случаев профильного контроля сложнорельефных защитных покрытий частичное заполнение полости корпуса 20 может осуществляться жидкой ртутью.

Описываемое устройство функционирует следующим образом.

При подготовке к работе плоскостно распределенный щуп 4 измерительного устройства предварительно устанавливается своим пленочным основанием на поверхность металлической пластины, не имеющей никакого защитного покрытия, к которой подсоединяют щуп-захват 1. Магазин 18 сопротивлений выставляют в позицию, при которой величина его сопротивления равна нулю, и полупеременным конденсатором 16 балансируют измерительный мост 7 так, чтобы показания индикатора 10 стали минимальными. Уточнение достигнутого сбалансированного состояния измерительной системы достигается с помощью потенциометра 15 при повышенном уровне сигнала генератора 12 переменного тока.

Затем производится градуировка измерительного устройства, которая осуществляется с помощью набора образцовых металлических пластин с нанесенныи на их поверхность калиброванными по толщине защитными неэлектропроводящими покрытиями, соответствующими по составу подлежащим контролю при эксплуатации устройства защитным покрытиям и пленкам.

Установив плоскостно распределенный щуп 4 на калиброванную по толщине покрытия первую из образцовых металлических пластин и манипулируя органами регулировки магазинов 18 и 19, добиваются нулевого (минимального) показания индикатора 10. При этом окончательное положение органов регулировки настраиваемых узлов 18, 19 и соответствующее им значение толщины калиброванного покрытия образцовой пластины заносятся в градуировочную таблицу.

Аналогичные операции последовательно производятся при установке щупа 4 на калиброванные по толщине покрытия остальных образцовых пластин с тем, однако, отличием, что для последующей серии последовательных балансировок измерительного моста 7 используется практически только магазин 19 емкостей, в то время как первично найденное положение полупеременного конденсатора 16, потенциометра 15 и магазина 18 сопротивлений сохраняется неизменным.

Поскольку для серии последовательных балансировок моста 7, отвечающих набору образцовых пластин с калиброванными по толщине покрытиями, используется практически только магазин 19 емкостей, то для градуировки всего устройства достаточно снабдить указанный магазин измерительной шкалой, отградуированной для определенного химического состава покрытия непосредственно в единицах контролируемого параметра толщины, что способствует максимальной оперативности при проведении серийных производственных измерений.

Для подлежащих контролю в процессе эксплуатации устройства пленочных слоев и покрытий, в зависимости от их состава и свойств, магазин 19 емкостей укомплектовывается набором сменных наклонных шкал, соответствующих каждому из видов контролируемых покрытий.

При проведении интегральной толщинометрии защитных слоев на электропроводящих изделиях в ходе эксплуатации прибора плоскостно распределенный щуп 4 емкостного преобразователя измерительного устройства устанавливается своим эластичным пленочным основанием 22 на тот участок изделия 2, где требуется определить среднеинтегральное значение толщины неравномерного защитного покрытия 3, в соответствии с химическим составом которого устанавливается одна из набора накладных шкал магазина 19 емкостей. Щуп-захват 1 устройства присоединяется при этом к электропроводящей открытой части (основанию) 2 контролируемого изделия.

Практика эксплуатации описываемого устройства показала, что для определения по его накладной шкале среднеинтегрального значения толщины контролируемого покрытия на его определенной площади достаточно балансировку высокочастотного комплексного моста 7 производить регулировкой одного лишь магазина 17 емкостей.

Установлено также, что варьирование контактной части плоскостно распределенного щупа 4 в зависимости от характера обработки, пересеченности рельефа и степени жесткости обследуемых покрытий может быть обеспечено как изменением состава электропроводящего жидкостного заполнителя 27 корпуса 20 щупа 4 (сплавы индия, Вуда, ртути), так и изменением степени заполнения упомянутыми жидкостными средами полости щупа 4.

Применение изобретения наряду с существенным увеличением износоустойчивости и рабочего ресурса заявляемого устройства по сравнению с его прототипом позволяет одновременно повысить надежность функционирования измерительной системы, а также стабильность и достоверность получаемых его результатов измерений при оперативном контроле неравномерных покрытий на металлах с разовым определением среднеинтегральной толщины жестких и полутвердых защитных покрытий.

Формула изобретения

Измерительное устройство, содержащее комплексный высокочастотный мост, в компенсационное плечо которого входит регулируемая RC-ячейка из параллельных магазинов емкостей и сопротивлений, а в измерительное плечо включен емкостный преобразователь в виде щупа-захвата и плоскостно распределенного щупа, выполненного в виде полого цилиндрического корпуса с крышкой и днищем в виде гибкой пленки и введенной в полость корпуса балластной среды, последовательно соединенные усилитель, амплитудно-фазовый детектор и индикатор, причем вход усилителя подключен к выходу комплексного высокочастотного моста, отличающееся тем, что полый корпус плоскостно распределенного щупа емкостного преобразователя выполнен из электропроводящего материала, крышка корпуса выполнена из изоляционного материала и снабжена диэлектрической ручкой, пленка днища корпуса плоскостно распределенного щупа выполнена из фторпласта, а в качестве балластной среды заполнителя полости корпуса плоскостно распределенного щупа используются сплавы индия, Вуда или ртуть, при этом в компенсационном плече комплексного высокочастотного моста последовательно с регулируемой RC-ячейкой из параллельно соединенных магазинов емкостей и сопротивлений дополнительно включены постоянный и полупеременный подстроечный конденсаторы.

РИСУНКИ

Рисунок 1