Электромагнитный толщиномер покрытий

Электромагнитный толщиномер покрытий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ТОЛЩИНОМЕР ПОКРЫТИЙ, содержащий источник опорных напряжений, синхронизатор, последовательно соединенные генератор , первичный преобразователь и блок обработки сигнала, аналогоцифровой преобразователь, выполненный в виде ключа, управляющий вход которого соединен с выходом синхронизатора , а информационный вход с источником опорных напряжений, четырехполюсника, состоящего из пассивных элементов, соединенного своим входом с выходом ключа, компаратора , один вход которого подключен к выходу четырехполюсника, а другой вход - к выходу блока обработки сигнала , генератора счетных импульсов и формирователя пачки счетных импульсов с двумя входами, один их них соединен с выходом генератора счетных импульсов, другой - с выходом компаратора, а также счетчик, информационный вход которого соединен с выходом формирователя пачки, яв ляющимся выходом аналого-цифрового преобразователя, а вход установки нуля - с выходом синхронизатора, и индикатор, соединенный с выходом счетчика, отличающийся тем, что, с целью снижения погрешности измерения и упрощения настрой (Л ки, генератор счетных импульсов выполнен с изменяемой частотой пассивный четырехполюсник выполнен в виде дифференцирующей цепочки, аналого-цифровой преобразователь снабжен дополнительным компаратором, один вход которого соединен с выхосо ел дом дифференцирующей цепочки, другой вход - с источником опорных о напряжений, дополнительным ключом, О) соединенным управляющим входом с to выходом дополнительного компаратором , включенным между выходом дифференцирующей цепочки и входом второго ключа, а выход последнего соединен с общей точкой схемы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(50 С 01 М 27 90 . fF

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTQPCKGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3546022/25-28 (22) 26.01.83 (46) 30.05.84. Бюл. Р 20 (72) В.В. Клюев, С.Н. Шубаев, Ю.К. Федосенко, M.È. Щетинин и А.Д. Подречнев (71) Научно-исследовательский институт интроскопии (53) 531.7(088.8) (56) 1. Магнитный толщиномер

MT-40НЦ. Паспорт Иа 2 778.098 ПС, 1980.

2. Бондаренко И.Л. и др. Линеаризация выходного сигнала электромагнитных датчиков толщиномеров. †."Дефектоскопия", 1976, 11 - 6, с. 115117 (прототип). (54) (57) ЗЛЕ КТРОМАГНИТНЫЙ ТОЛЩИНОМЕР ПОКРЫТИЙ, содержащий источник опорных напряжений, синхронизатор, последовательно соединенные генератор, первичный преобразователь и блок обработки сигнала, аналогоцифровой преобразователь, выполненный в виде ключа, управляющий вход которого соединен с выходом синхронизатора, а информационный вход— с источником опорных напряжений, четырехполюсника, состоящего из пассивных элементов, соединенного своим входом с выходом ключа, компаратора, один вход которого подключен,. SU„„1095062 A к выходу четырехполюсника, а другой вход — к выходу блока обработки сигнала, генератора счетных импульсов и формирователя пачки счетных импульсов с двумя входами, один их них соединен с выходом генератора счетных импульсов, другой — с выходом компаратора, а также счетчик, информационный вход которого соединен с выходом формирователя пачки, являющимся выходом аналого-цифрового преобразователя, а вход установки нуля — с выходом синхронизатора, и индикатор, соединенный с выходом счетчика, отличающийся тем, что, с целью снижения погрешности измерения и упрощения настройки, генератор счетных импульсов выполнен с изменяемой частотой, пассивный четырехполюсник выполнен в виде дифференцирующей цепочки, аналого-цифровой преобразователь снабжен дополнительным компаратором, один вход которого соединен с выходом дифференцирующей цепочки, другой вход — с источником опорных напряжений, дополнительным ключом, соединенным управляющим входом с выходом дополнительного компаратором, включенным между выходом дифференцирующей цепочки и входом второго ключа, а выход последнего соединен с общей точкой схемы.

1 1095062

Изобретение относится к контрольНо-èçMåðèòåëüíîé технике и может быть применено для измерения толщины покрытий на деталях в машиностроении, металлургии и других отраслях народного хозяйства.

Известен магнитный толщиномер покрытий, содержащий последовательно соединенные генератор, первичный преобразователь, блок обработки сигнала, время †импульсн преобразователь и индикатор (1) .

Недостаток этого устройства состоит в низкой точности измерения, что связано с линейной аппроксимацией характеристики преобразователя.

Наиболее близок к изобретению электромагнитный толщиномер покрытий, содержащий источник опорных напряжений, синхронизатор, последо— вательно соединенные генератор, первичный преобразователь и блок обработки сигнала, а также линеаризатор, аналого-цифровой преобразователь, выполненный в виде ключа, управляющий вход которого соединен с выходом синхронизатора, информационный вход — с источником опорных напряжений, четырехполюсника, состоящего из пассивных элементов, соединенного своим входом с выходом ключа, компаратора, один вход которого подключен к выходу четырехполюсника, а другой вход — к выходу блока обработки сигнала, генератора счетных импульсов и формирователя пачки счетных импульсов с двумя входами, один из них соединен с выходом генератора счетных импульсов, другой — с выходом компаратора, а также счетчик, информационный вход которого соединен с выходом формирователя пачки, являющимся выходом аналого-цифрового преобразователя, а вход установки нуля — с выходом синхронизатора, и индикатор, соединенный с выходом счетчика (2j.

Однако известный толщиномер не обладает требуемой. точностью измере- ний из-эа несоответствия характеристики четырехполюсника характеристике первичного преобразователя.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Поставленная цейь достигается тем, что в электромагнитном толщиномере покрытий, содержащем источник опорных напряжений синхрониза1 тор, последовательно соединенные

55 генератор, первичный преобразователь и блок обработки сигнала, аналого-цифровой преобразователь, выполненный в виде ключа, управляющий вход которого соединен с выходом синхронизатора, а информационный вход — с источником опорных напряжений, четырехполюсника, состоящего иэ пассивных элементов, соединенного своим входом с выходом ключа, компаратора, один вход которого подключен к выходу четырехполюсника, а другой вход — к выходу блока обработки сигнала, генератора счетных импульсов и формирователя пачки счетных импульсов с двумя входами, один иэ которых соединен с выходом генератора счетных импульсов, другой с выходом компаратора, а также счетчик, информационный вход которого соединен с выходом формирователя пачки, являющимся выходом аналого-циф- рового преобразователя, а вход установки нуля — с выходом синхронизатора, и индикатор, соединенный с выходом счетчика, генератор счетных импульсов выполнен с изменяемой частотой, пассивный четырехполюсник выполнен в виде дифференцирующей цепочки, аналого-цифровой преобразователь снабжен дополнительным компаратором, один вход которого соединен с выходом дифференцирующей цепочки, другой вход — с источником опорных напряжений, дополнительным ключом, соединенным управляющим входом с выходом дополнительного компаратора, резистором, включенным между выходом дифференцирующей цепочки и входом второго ключа, а выход последнего соединен с общей точкой схемы.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства.

Электромагнитный толщиномер покрытий включает в себя соединенные последовательно генератор 1, первичный преобразователь 2, блок 3 обработки сигнала. В состав толщиномера входит также аналого-цифровой преобразователь, состоящий из компаратора 4, формирователя 5 пачки счетных импульсов с двумя входами, генератора б счетных импульсов с изменяемой частотой, ключа 7, дифференцируюшей цепочки 8, дополнительного компаратора 9, дополнительного ключа 10, резистора 11. Один вход компаратора 4 соединен с выхо3 109506 дом блока 3 обработки сигнала, выход компаратора 4 соединен с одним из входов формирователя 5 пачки импульсов, второй вход формирователя

5 соединен с выходом генератора 6 счетных импульсов. Вход дифференцирующей цепочки 8 соединен с выходом ключа 7, а ее выход с резистором 11, с вторым входом компаратора 4 и одним из входов дополнительного компаратора 9. Резистор 11 вторым своим выводом присоединен к входу дополнительного ключа 10, выход которого заземлен, а управляющий вход соединен с выходом дополнительного компаратора 9. В состав толщиномера также входит счетчик 12 и индикатор

13. Вход счетчика 12 соединен с выходом формирователя 5 пачки импульсов, а выход — с входом индикатора

13. В толщиномере имеется синхронизатор 14, выполненный, например, в виде мультивибратора, выход которого присоединен к управляющему входу ключа 7 и к входу установки нуля счетчика 12, а также источник 15 опорных напряжений, соединенный своими выходами с входом ключа 7 и вторым входом дополнительного компаратора 9.

Электромагнитный толщиномер пок30 рытий работает следующим образом.

Генератор 1 питает первичный преобразователь 2. При приближении последнего к контролируемому изделию на выходе первичного преобразователя 2 возникает сигнал, который поступает на блок 3 обработки сигнала. С блока 3 продетектированный сигнал в виде постоянного напряжения подводится к входу компаратора

4. Синхронизатор 14 определяет периодичность работы всего толщиномера, с момента появления на его выходе импульса начинается очередной цикл измерения. Импульс синхронизатора 14 производит установку счетчика 12, а с ним и индикатора 13 на нуль, сбрасывая показания предыдущего цикла измерения. Одновременно этот импульс открывает ключ 7 и постоянное напряжение от источника 15 начинает поступать на вход дифференцирующей цепочки 8, т.е. на входе цепочки 8 образуется скачок напряжения. При этом на выходе це- 55 почки 8 появляется падающий экспоненциальный импульс (" пила ), который поступает на второй вход компа2 ф ратора 4. При настройке толщиномера величина напряжения, подаваемого от источника 15 на ключ 7, устанавливается равной максимальному уровню сигнала, соответствующему нулевому значению измеряемой толщины покрытия. При некотором среднем значении толщины уровень сигнала меньше максимального, и совпадение постоянного уровня сигнала и.меняющегося уровня пилы происходит через некоторый интервал времени после начала

"пилы". На выходе компаратора 4 возникает прямоугольный импульс, длительность которого равна интервалу от начала пилы до момента совпадения указанных входных напряжений компаратора 4. Этот импульс подается на один из входов формирователя

5, выполненного, например, на основе логической схемы И. На другой вход формирователя 5 подается непрерывная последовательность счетных импульсов от генератора 6. В результате на выходе блока 5 появляется пачка счетных импульсов. Их число определяется указанной длительностью прямоугольного импульса и частотой генератора 6. Импульсы пачки считаются счетчиком 12, и результаты высвечиваются на цифровом индикаторе

13. Характеристика преобразователя

2 в среднем близка к экспоненте, и с учетом прохождения сигнала через блок 3 обработки сигнала может быть записана в виде

- Л и =к,е (1) где h — измеряемая. толщина покрытий;

Ео — напряжение на выходе блс— ка 3 при нупевой толщине покрытия h = 0;

d — коэффициент.

Напряжение U„ "пилы" на выходе це почки 8 с учетом указанной установки напряжения на входе ключа 7, равного Е, описывается формулой и о

- E./»(2) где t — время, причем эа = 0 принят момент начала цикла, ь — постоянная времени цепочки 8.

В момент t совпадения напряжений сигнала Vt и пилы П имеем

Ю.1l 1,) (3)

t откуда получаем, что интервал равный длительности прямоугольника на выходе компаратора 4 и, сл лояд1095062

20 (7) x=h тельно, длительности пачки счетных импульсов на выходе формирователя

5., равен и в = Г о(. Ь (4)

Число N импульсов в. пачке равно

N = ft = и Г а h, (5) где f — частота генератора 6 счетных импульсов.

Если коэффициент пересчета числа импульсов, поступающих на счетчик 12, в показания индикатора обозначить через А, то показания толщиномера соответствует формуле

x = NA = АГГАЬ. (6) Если выбрать коэффициент А, частоту f и Г так, чтобы было Af Ã4.= 1, получим требуемое равенство

Регулировка толщиномера для совпадения показаний с измеряемой величиной осуществляется изменением частоты f. Эта регулировка должна производиться, например, по контрольному образцу, толщина которого известна с достаточной точностью. Однако, на самом деле характеристика первичного преобразователя 2 не описывается строго экспонентой. Поэтому в предлагаемом толщиномере предусмотрено изменение постоянной времени Г цепочки 8 путем подключения параллельно резистору дифференциальной цепочки 8 резистора 11. Это подключение осуществляется с помощью дополнительного ключа 10, управляемого дополнительным компаратором 9.

Величина напряжения пилы, а следова1i I I

40 тельно, и время от ее начала, при котором происходит подключение резистора 1 l, изменяющее постоянную времени Г, определяется величиной пос45 тоянного напряжения, снимаемого с источника 15 и подаваемого на второй

ВНИИПМ Заказ 3585!25

Тираж 823 Подписное

Филиал П?П1 "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 вход дополнительного компаратора 9.

Конкретная величина этого напряжения подбирается при первоначальной регулировке толщиномера и определяется характеристикой конкретного типа первичного преобразователя 2. В результате с помощью "пилы, имеющей различные. значения постоянной времени на начальном и конечном участке, осуществляется кусочно †экспоненциальная аппроксимация характеристики первичного преобразователя 2. Такого вида аппроксимация может быть подобрана весьма точно. Порядок подбора

"пилы" состоит из первоначальной регулировки, производимой при настройке толщиномера, и калибровки при эксплуатации при подготовке толщиномера к работе. При заводской регулировке фиксируется форма "пилы", в наибольшей степени приближающаяся к характеристике преобразователя 2.

Это означает выбор L выбор величины резистора 11 положения точки излома. Целесообразно так подбирать аппроксимирующую кривую, реализуемую данной формой пилы" чтобы ее точное совпадение с реальной характеристикой преобразователя 2 имело место в трех точках: начале диапазона, в точке излома, (т.е. в точке изменения постоянной времени Ф ) и в конце диапазона. При таком подборе технология заводской настройки значительно упрощается.

Эксплуатационная калибровка толщиномера при подготовке его к работе по известной образцовой мере толщины, например, в конце диапазона осуществляется изменением частоты счетных импульсов. Это позволяет менять одновременно масштаб всей "пилы" по оси толщин, не изменяя ее формы, т.е. не нарушая заводской регулировки толщиномера, что позволяет повысить точность измерений.