Устройство для измерения толщины

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик пг>892199

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 2605,78 (21) 2620702/18-28 с присоединением заявим ¹

У)М. К .

С 01 В 7/06

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 231281. Бюллетень Н9 47 (53) УДК 620.179. .142.56(088.8) Дата опубликования описания 231281 (72) Авторы изобретения

Н.Н. Зацепин, В.Ф. Силюк, И.И. М ько и В.Л. Цукерма г 1

11,, Н БейЬКжской CCP (71) Заявитель

Отдел физики неразрушающего контроля (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и гложет быть использовано для измерения толщины покрытий.

Известно устройство для измерения толщины немагнитных покрытий на ферромагнитных материалах, содержащее генератор, преобразователь, блок формирования опорных напряжений, блок вычитания и регистратор (1) .

Недостатком известного устройства является низкая точность измерений.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения толщины, содержащее последовательно соединенные . генератор, преобразователь, пиковый детектор и блок автоматического переключения диапазонов измерения, блок формирования опорных напряжений, блок вычитания, соединенный с ним блок коррекции чувствительности измерения, и регистратор (2г.

Недостатки этого устройства — трудоемкость процесса калибровки.и недостаточная точность.

Цель изобретения — повышение точности измерений и автоматизация настройки устройства.

Для достижения цели предлагаемое устройство снабжено блоком выделения 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

10 нижнего уровня рабочего диапазона измерения, один вход которого соединен с выходом блока автоматического переключения диапазонов измерения, а второй вход — с выходом блока. форми-!

5 рования опорных напряжений, дополнительным блоком вычитания, входы которого соединены с выходами блока выделения верхнего уровня рабочего диапазона измерения и блока выделения ниж20 него уровня рабочего диапазона измерения, а выход- со входом блока коррекции чувствительности измерения, и блоком суммирования, входы которого соединены с выходом блока коррекции

25 чувствительности измерения и блока автоматического переключения диапазонов измерения, а выход — с регистратором, а также блоком компенсации влияния знака производной сигнала

30 преобразователя, включенным между

892199 йиковым 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 íà основе схемы деления напряжений.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства. устройство содержит последовательно соедин<.нные генератор 1 возбуждения, преобразователь 2, пиковый детектор 3 и блок 4 компенсации влияния знака производной сигнала преобразователя, который связан со входом

5 блока 6 автоматического переключения диапазонов измерения, входом / блока 8 вычитания и входом блока 9 формирования опорных напряжений. Вход

10 блока 6 автоматического переключения диапазонов иэмеренчя 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 иэ выходов блока

6 автоматического 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 блоку

24 коррекции чувствительности измерэния, выход которого связан с одним из входов блока 12 суммирования. Один 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.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение генератора 1 возбуждения поступает в преобразователь 2, сигнал которого, несущий, информацию. о контролируемом параметре, детекти,руется пиковым 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 6 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 поддиапаэоны чувстви-. тельность в каждом из них будет различной, нс если пользоваться не значениями Ug - 0, а отношениями ирис

Ub UEE

1де U 9 — верхнее значение рабочего

15 диапазона, выделяемое бло.ком 14;

О>, — нижнее значечие рабочего ,циапазона, выделяемое блоком 20)

2Î U„- — величина сигнала преобразователя, то для каждого из поддиапазонов среднее значение чувствительности будет постоянным.

Таким образом, для любого поддиапазона требуется от его верхнего уровня вычесть текущее значение сигнала и эту разность подать на один из входов схемы деления напряжений — блока 24 )<оррекции чувствиЗО тельности измерения. На второй вход схемы деления напряжений подается разность верхнего и нижнего уровней рабочего диапазона. При включении, например, первого диапазона,на

З 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

40 8 вычитания выделяется разность UEE1

0, где Ug„- верхний уровень первого диапазона, а ис — 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 О)) и ин соответст= ванно, где U — нижний уровень перл вого диапазона. На выходе 23 блока

18 вычитания выделяется разность

0 „ -0>), и поступает на другой вход блока 24 коррекции чувствительности измерения. С выхода блока 24 коррекции чувствительности измерения напря>кенйе поступает ча вход блока 12 суммирования, где суммируется с напряжением, пропорциональным значению выбранного диапазона измерения, и далее поступает на регистратор,где

<О и регистрируется измеряемая толщина покрытия.

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

892199 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 блока S вычитания, блока 6 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 20 производной сигнала преобразователя, и зависимость выходного сигнала этого блока от толщины покрытия остается монотонно убывающей. При возрастающем характере зависимости (измене- 25 ние знака производной) с блока 9 формирования опорных напряжений на один из входов блока 4 компенсации влияния знака производной сигнала преобразователя поступает опорное напряже- 30 ние, из которого производится вычита-. ние сигнала, снимаемого с пикового детектора 3. Вследствие этого зависимость сигнала на выходе блока 4 компенсации влияния знака производной от З5 .толщины будет также иметь вид монотон;но убывающей функции.

В устройстве используется способ

Формула изобретения

1. Устройство для измерения 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 ч а ю щ е е с я тем, что, с целью

I повышения точности измерения и автоматизации настройки устройства, оно снабжено блоком выделения верхнего уровня рабочего диапазона измерения,,один вход которого подключен к вы ходу блока автоматического переключения диапазонов измерения, второй вход — к выходу блока формирования опорных напряжений, а выход — к блоку вычитания, блоком выделения нижнего уровня рабочего диапазона измерения, один вход которого соединен

60 формирования опорных напряжений, основанный 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 делителя двух напряжений приводит к автома тизации процесса настройки, так как исключается регулировка этого блока, а запоминание опорных напряжений сводится к операции последовательной установки преобразователя на зталонирование покрытия для данной основы.

Помимо этого, для удобства и оперативности формирования напряжений при использовании реэистивных 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 реэистивных делителей блока 9 формирования опорных напряжений. Равенство напряжений будет отмечаться при нулевом показании регистратора.

Использование отношения напряжений 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.).

Кроме того, благодаря наличию блока компенсации знака производной, устройство может осуществлять измерение как в случае убывающей характеристики преобразователя, так и в случае возрастающей характеристики, а значит может обеспечить измерение не только толщины покрытия, но и толщину изделий, например, листовых материалов.

В устройстве могут использоваться преобразователи с различным принципом работы, например электромагнитные, СВЧ, ультразвуковые и др., в соответствии с требованиями, предъявляемыми задачей, решаемой устройством в каждом койкретном случае.

Устройство обеспечивает индикацию измеряемой толщины покрытия непосредственно в микрометрах, представленную в десятичном или другом коде, а также ввод на цифропечать, АСУ или

ЭВМ. Кроме того, при необходимости дает сигнал о выходе измеряемой толщины за определен ые пределы, что и обеспечивает в конечном итоге активный контроль.

892199

Составитель И.Кесоян

Редактор О.Половка Техред М Надь Корректор Н. Стец

Заказ 11206/60 Тираж 645 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 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. Устройство по п. l о т л и ч а ю щ е е с я 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 блока вычитания и блока формирования опорных напряжений.

3. Устройство по пп. 1 и 2, о т- л и ч а ю щ е е с я тем, что блок . коррекции чувствительности измерения выполнен на основе схемы деления напряжений.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Валитов A.M.-3. и др. Приборы и методы контроля толщины покрытий.

M., "Машиностроение", 1970, с. 6085.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2302615,кл. G 01 В 7/06, 20 1975 (прототип).