Электроконтактный способ измерения толщины электропроводящих покрытий, плоских изделий или стенок изделий (его варианты)

Электроконтактный способ измерения толщины электропроводящих покрытий, плоских изделий или стенок изделий (его варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Электроконтактный способ заключается в том, что измеряемый участок изделия включают в электрическую цепь, состоящую из источника тока, двух щупов и измерителя, и пропускают через него постоянный ток или переменный ток низкой частоты и переменный ток разных высоких частот. Способ имеет несколько вариантов, указанных в описании изобретения. 2 с.п. ф-лы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК щ)5 G 01 В 7/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ оn-i+ dn решности. Я, Q = Я

1 0 2 У

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbITHAM

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 3830444/25-28, 3834256/25-28 (22) 25.12.84 (46) 23.06.90. Бюл. Р 23 (71) Специальное конструкторско-техническое бюро физико-механического института им. Г.В.Карпенко (72) Л.Б.Березицкий, А.В.Храмов, М.И.Панькив и Б.Т.Чех (53) 620. 179. 142 .5 (088 .8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1044961, кл. G 01 В 7/06, 1983. (54) ЭЛЕКТРОКОНТАКТНЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ ПОКРЫТИЙ, ПЛОСКИХ ИЗДЕЛИЙ JjJIH СТЕНОК ИЗДЕЛИЙ (ЕГО ВАРИАНТЫ) (57) 1. Электроконтактный способ измерения толщины электропроводящих покрытий, плоских изделий или стенок изделий, заключающийся в том, что измеряемый участок изделия включают в электрическую цепь, состоящую из источника тока, двух щупов и измерителя, и пропускают через него постоянный ток или переменный ток низкой частоты и переменный ток разных высоких частот, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности измерений, измеряют падения напряжений на измеряемом участке при прохождении постоянного тока или переменного тока низкой частоты и переменных токов, значения высоких частот которых образуют возрастающую последовательность, первое значение высокой частоты определяется так

„„SU,„, 157 35 А1

2 где >о = 2 (10 — 2,8 10 ) Гц; СОИ = (Оь02 — Оэ32) Яо ь последующие значения высоких частот где i= 2, 3, ..., п-1, и; ц7;= 2Г(1,01 10 — 8,12 10 ) Гц, и вычисляют значения толщины соответственно каждому значению высокой частоты, а толщину изделия определяют по формуле где d >,„, d „ — два вычисленных значения толщины, относительное приращение между которыми определяется заданным значением относительной пог2. Электроконтактный способ измерения толщины электропроводящих покрытий, плоских изделий или стенок иэделий, заключающийся в том, что . измеряемый участок иэделия включают в электрическую цепь, состоящую из источника тока, двух щупов и измерителя, и пропускают через него постоянный ток или переменный ток низкой частоты и переменный ток разных. высоких частот, о т л и ч а ю щ и й— с я .тем, что, с целью уменьшения времени измерений, измеряют падения напряжений на участке изделия между щупами при постоянном токе или переменном токе низкой частоты и при переменном токе максимально высокой частоты и переменных токах, значения

1573335

Ы,, Я = Я

< о 2 т

Я, =У, +6cQ;, d = (д,, + d„)/2.

9 w2 6Uо

Са =-к (— -)Ю

8 дУ высоких частот которых образуют возрастающую последовательность где i = 2, 3..., n-1, п, причем значение высокой частоты Q о определяется как я2

Я = -- (-- -) (1 — 2Е )(d Ц м м где Уо = 2 и (10 — 7 ° 10 ) Гц, 6Uо,6Б д — падение напряжений на участке изделия при токах соответственно постоянно- 20 му или низкой частоты и максимально высокой частоты;

Ы вЂ” значение максимально высоМ кой частоты переменного 25 тока, 03„= 2 (2,1 10 — 5,9 10 ) Гц;

E< — погрешность измерения падения напряжения при переменном токе максимально высокой частоты, Е,= 0,01 -0,15, а диапазон значений высоких частот

Я, определяется на интервале (1 01 2 01) Mî Яа< 4,04 ° 10 2 Г (Гц); (1, 01-1, 16630) 63î Qo 4,04 10 2 и (Гц);40

Яс, =7 1052 и (Гц), Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерений при одностороннем доступе толщины электропроводящих покрытий, плоских изделий или стенок изделий при неразрушающем контроле.

Цель изобретения — увеличение точ- ности измерений путем уменьшения погрешности задания и отсчета значений высокой част"оты переменного тока и и вычисляют значения толщины соответственно каждому значению высокой частоты последовательности, толщину изделия определяют по формуле

3 ° Электромагнитный способ измерения толщины электропроводящих покрытий, плоских изделий или стенок изделий, заключающийся в том, что измеряемый участок изделия включают и электрическую цепь, состоящую из источника тока, двух щупов и измерителя, и пропускают через него постоянный ток или переменный ток низкой частоты и переменный ток разных высоких частот, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью уменьшения времени измерений, измеряют падения напряжений на измеряемом участке при протекании постоянного тока или переменного тока низкой частоты и переменных токов соответственно максимально высокой частоты и высокой частоты, значения которой определяют из соотношения где 63> = 2u(9 10 — 5,9 10 ) Гц, а затем, используя измеренные значения падения напряжений и значение максимально высокой частоты, определяют толщину изделия. уменьшение времени измерений путем уменьшения. числа промежуточных измерительно-вычислительных операций при определении толщины.

На фиг. 1 представлены кривые зависимостей определяемых электроконтактным способом значений толщин д где m = 1, 2, 3, 4, электропроводящих пластин с различными толщинами d от высоких частот в диапазоне значений (10 — 10 )2 и Гц, на фиг. 2

3335 6 первым измерителем 15, блок 8 индикации, вход которого соединен с вычислителем 7, блок 9 управления, уп5 равляющие выходы которого подключены к сумматору 11 и микропроцессору, второй измерительный канал 16, включающий последовательно соединенные масштабный измерительный преобразователь 17 напряжения переменного тока высокой частоты и второй измеритель

18, выход которого подключен к второму входу вычислителя 7, причем выходы измерительных щупов 1 и 4 соединены с входами масштабных измерительных преобразователей 13 и 17.

Устройство по третьему варианту (фиг. 4) содержит коммутатор 19, к входам которого подключены раздельные выходы источника 2 тока, а к выходам— щупы 1 и 4, последовательно соединенные масштабный измерительный преобразователь 13 и аналого-цифровой преобразователь 20, причем вход масштабного измерительного преобразователя

13 соединен с щупами 1 и 4, блок 9 управления, управляющие выходы которого соединены с коммутатором 19 и аналого-цифровым преобразователем 20, 30 вычислитель. 7, вход которого соединен

1 с аналого-цифровым преобразователем

20, а управляющий выход подключен к блоку 9 управления, блок 8 индикации, вход которого соединен с вычислителем 7, пульт 21 управления, соединенный своим выходом с вычислителем 7.

Способ осуществляют следующим образом.

Активное сопротивление R электро4О проводящего тела постоянному току или току низкой частоты

157 между выходами измерительных щупов

1 и 4, а вторые подключены к входу источника 2 тока, второму входу блока 8 индикации и выходу блока 9 управления, соединенного своим входом с вычислителем 7, который подключается своим третьим выходом к блоку 6 памяти. Измерительные щупы 1 и 4 предназначены для установки на контролируемом изделии 10.

Устройство по второму варианту (фиг. 3) содержит источник 2 тока, имеющий раздельные выходы соответственно с постоянным или низкочастотным

45 где 71

50 структурная схема устройства, реализующего электроконтактный способ измерения толщины электропроводящих покрытий, плоских изделий или стенок изделий; на фиг. 3 и 4 — структурные схемы устройства, реализующего электроконтактный способ, обеспечивающие определение толщины соответственно при одновременном измерении падений напряжений постоянной или переменной составляющей низкой частоты и переменных составляющих высоких частот по двум разным измерительным каналам и при дискретных во времени измерениях падений напряжений по одному измерительному каналу.

Устройство, реализующее электроконтактный способ измерения толщины электропроводящих покрытий, плоских изделий или стенок изделий по первому варианту, содержит участок разомкнутой электрической цепи, состоящей из последовательно соединенных первого измерительного щупа I, источника 2 тока, токозадающего резонатора

3 и второго измерительного щупа 4, и измеритель 5, состоящий из последовательно соединенных между собой блока 6 памяти, вычислителя 7 и блока 8 индикации, причем первые входы блока

6 памяти и вычислителя 7 включаются переменным током и переменными токами высоких частот, сумматор 11, к входам которого подключены выходы источника

2 тока, а к выходам — измерительные щупы 1 и 4, первый измерительный канал 12, ключающий последовательно соединенные масштабный измерительный преобразователь 13 напряжения постоянного тока или переменного тока низкой частоты, фильтр 14 высокой частоты и первый измеритель 15, вычислитель 7 в виде микропроцессора, соединенный своим первым входом с удельная электропроводность тела; длина тела; площадь поперечного сечения тела.

Для электропроводящей пластины с размерами 1 к В d, удовлетворяющими условию 1 > Bo>d, где 1 В, d — соответственно длина, ширина и толщина

55 пластины, сопротивление Z переменному току высоких частот

1 Ðà 1

2 ! third) 2

1573335 где л к = - ар,а.

l0 (сИс1„ — cosRd ) do (Map, x -- --- du

2 2И

6397

rye R=

20

1 do

3 = — - ——

ch !/2 2

1 с оо

4ch Г/2 Иоо

d-=

paR, Я 1 — 2Z- a о

2Z

Ro 1 а

2Ь О с1 Uo у па

4Е chТ/2 оо

)! ) oo

40 0 оо или 43 G3o

1 абсолютная магнитная проа

-ницаемость материала;

4) — циклическая частота, Если измерить сопротивление пластины постоянному току или переменному току низкой частоты и переменному току высокой частоты из диапазона значений г

2о (2Р + 1)

Ю

o) 4d + э 6а % где Р=0,1,2,...,N, то вследствие того, что множитель у = 1/I сЬс с1/2 равен при этом единице, а сопротивление Z npu M — Яа, с достаточной точностью не зависит от толщины d так как из-за поверхностного эффекта электрический ток сосредоточен почти полностью у поверхностей пластины, толщину Й можно определять соотношением которое эквивалентно формуле где AU — падение напряжения на пластине при переменном токе высокой частоты;

AUо — падение напряжения на пластине при постоянном токе или переменном токе низкой частоты.

Зависимость между определяемыми значениями толщины d и значениями высоких частот переменных токов на всем частотном диапазоне можно задать соотношением

Д = у = ф /(jåh Ê Ð /2 ) ), где Уо — толщина участка изделия, определяемая по формуле при перемен50 ном токе высокой частоты, значение которой равно

Для пластин с толщинами (фиг. 1)

Фо.,= (4 10; 0 4 10; 0,1 10

0,03 ° 10 ) М, изготовленных из матеРиала с (авда. = 1101ц„ h = 6,5.10 точки Сд о и o(изображены соответственно в виде точек Я и с,) о, Из указанного соотношения определяется значение методической (частотной) псггрешности вычисления толщиНЫ В,ОКРЕСтНОСтЯХ ТОЧКИ И = са„„: (аа! ьй

3= — — = — — — 663 = — -- Х у ) дЬКд /2) Х

chRdosinRdo + sinRdocosRdo о 0 х или, если учесть, что M = (д оо, 6Q оо а yo(

d (Q3оо ) = d з пКс1о = 1, получают: где QQ оо — приращение значения частоты на линейном или близком к линейному участку функции у окресностях о тОчки Я с„, При заданном значении относительной погрешности о = с. связь между приращением Ü Èоо и значением высокой частоты Q о можно представить как

С уменьшением толщины do и соответствующем увеличении значения Qoo возрастают приращения 5 C3 oo, определяющие окрестности G3оо, в которых можно измерять толщину d с погрешностью, не превышающей заданного значения Я . Уменьшение толщины пластины (фиг. 1), т.е. возрастание индекса m, приводит к увеличению приращений 5 С0 ао при неизменных приращениях

Определение толщин и электроконФ тактным способом в окрестностях частот Я о по сравнению с аналогичными измерениями при частотах G) Qo„4 (фиг. 1) приводит к увеличению точности измерений из-за уменьшения инструментальных погрешностей (с ростом значений высокой частоты Я ин1573335

10 струментальная погрешность измерений возрастает). По этой причине для определения толщины и из диапазона значений (do м!!н + do eaxc) используются измерения падения напряжений при переменных токах возрастающей последовательности частот, приближаясь, при этом, слева к искомому значению Яqg . Выполнение условия

2J(dn I — dÄ) l — -"-- (с.. и возможность ond!! !+ dn ределения толщины по формуле

dn1 + dí

d = — = — — — объясняется тем, 2 что функция d !!! (фиг. 1) монотонно убывает на интервале частот

2,88

Cp3 = (Π— — — = — =)2 и (Гц), à B

pî окрестностях точек Я „„линейны, причем при уменьшении значения dz!!I

1 происходит уменьшение модуля их производной по частоте (d I, т.е. происходит увеличение приращения Ь СЗ ор,„, определяющего длину окрестности точки Яоо,„, в которой погрешность определяемой толщины а не превышает за-, данного значения с: и, таким образом, в заданной возрастающей последовательности существуют соответствующие значения Я „ и И !! из окрестности Я оо,„ .

Определение толщины d no первому варианту при значительности диапаэо- (d о м!!к с1о макс) длительно. В этом случае существует возможность задания первого значения высокой частоты возрастающей последовательности ближе к .точке Яоо искомой толщины

d. Для достижения этой цели производят измерение падения напряжения при максимально высокой частоте Ям, определяемой как

9A х

Я

2 о мин !а " что соответствует частоте Я, (фиг.1), а затем,.используя измеренное значение падения напряжения, определяют .значения возрастающей последовательности частот, в которой значения Сдо вычисляются следующим образом: л2 !! .Я = - x.- г -(1 2 Я ) о 2dtuв 1

Я(1

ЬЦи t

4(- — ) Uî м а 1!

hUо 2 (- — о) (1.— 2F )Ю !

П мэ м

2ДП 1 Uo <мРа1!

2 где d =

При этом интервал, на котором определяется диапазон значений 63; неравномерный и зависит от значения Q .

Уменьшение времени измерения по второму варианту происходит без уменьшения точности измерения толщины, так как последняя определяется заданным значением Я . В случае, когда функция изменения инструментальной погрешности на частотном интервале л1

II о !о о! !о

9 имеет .незначительный наклон, HJIH возможно определение толщины с точностью

d o — 0@89do л 0,5, где й!ъ м!,!!!

2о о„!!

> измеряется значение падения напряжения при переменном токе частоты и определяется толщина участка изделия.

Устройство по первому варианту (фиг. 2) работает следующим образом.

Для выполнения измерений участок электропроводящего покрытия, плоского изделия или стенки изделия 10, толщина которого подлежит измерению с сдной стороны, включают с помощью двух щупов 1 и 4 в электрическую цепь, содержащую также источник 2 тока, измеритель 5 и токозадающий

0,89 d (фиг. 1, точки минимумов

ЗО d 63) можно производить только два измерения:: определить "грубо" значение падения напряжения при переменном токе максимально высокой частоты Им, а затем, используя измеренное значение падения напряжения, вычисляется значение высокой частоты Q< которое соответствует значению .Я о, (фиг. 1):

40 Я

1 о 2 4(--о) Uî м !а

9 л2 4Uo о)

8 6Б ряются в указанной последовательности до выполнения условия

Измерение толщины участка по второму варианту в соответствии с заложенной программой в блоке 6 памяти производится с той разницей, что первое падение напряжения при переменном токе h,U измеряется при переменном токе максимально высокой частоты Я, попадает в вычислитель 7, где с учетом введенных предварительно в блок

6 памяти значений f и 6П происходит определение значения сд, и по команде блока 9 управления, на вход которого подается сигнал с вычислителя 7, производится установление частоты Ы, в источнике 2 тока и далее аналогично первому варианту.

Устройство по второму варианту (фиг. 3) работает следующим образом, С блока 9 управления на сумматор

11 подается сигнал, подключающий к замкнутой электрической цепи, состоящей из щупов 1 и 4 и участка изделия

10, соответствующие выходы источника

2 тока. По этому сигналу в сумматоре

i1 также задаетси величина составляюп1их суммарного тока в замкнутой цепи. Падения напряжений на участке изделия 10 между щупами 1 и 4 преобразуются раздельно и одновременно по двум измерительным каналам 12 и

16. Составляющая падения напряжения

hUq постоянной или низкочастотной составляющей тока преобразуется в первом измерительном канале 12 масштабным измерительным греобраэователем напряжения постоянного. тока или переменного тока низкой частоты и через фильтр 14 высокой частоты подается на первый измеритель 15 и в дальнейшем измеренное падение напряжения поступает в вычислитель ?, Составляющая падения напряжения QU переменного тока высокой частоты преобразуется во втором измерительном канале 16 масштабным измерительным преобразователем 17 переменного тока высокой частоты и подается на второй измеритель 18, и в дальнейшем — измеренное падение напряжения dU, поступает на второй вход вычислителя 7„ который по двум измеренным падениям напряжений и пЬ значениям Я,, 1 д поступающим с блока 9 управления, 11 1573335 резистор 3. Источник 2 тока, величина которого устанавливается резистором 3, имеет много фиксированных зна чений частот: одно †равное нулю или

5 иэ области низких частот, при которых в покрытии, плоском изделии или стенке изделия 10 распределение плотности тока равномерно, другие — из диапазона дискретных значений высоких частот 1О . У = (99 — 5,9 10 )2 (Гц), при которых в покрытии, плоском изделии или стенке изделия 10 распределение плотности тока неравномерно из-эа выра-: женного поверхностного эффекта и зависимости при этом сопротивления участка переменному току от значения его частоты.

Падение напряжения Ю на участке изделия между щупами 1 и 4 заносится в блок 6 памяти. Падение напряжения gU< при переменном токе высокой частоты 63 попадает в вычислитель 7, где с учетом введенных предварительно в блок 6 памяти значений 25 и значения б U, происходит определение значения d „ для каждого значения высокой частоты, результат заносится в блок 6 памяти.

Блок 8 индикации включается по сигна- 30 лу вычислителя 7. Изменение частоты переменного тока источника 2 тока осуществляется по команде блока 9 управления, на вход которого подается сигнал с вычислителя 7, формирую- 35 щего управляющие сигналы в соответствие заложенной программе в блоке 6 памяти.

В следующем цикле измерения устанавливают в источнике 2 тока высокую 40 частоту Я = Q, + 563 и, определив падение напряжения аU на участке изделия 10, вычисляют с помощью вычислителя 7 значение толщины изделия

10 d, а затем находят разность

Id — d t и сопоставляют с заданным значением погрешности

Если выполняется условие !.д, — dzl и f (d + и ) /2, то значение (d < +

+ d ) /2 индицируется на табло блока

8 ийдикации и по сигналу вычислителя 7, поступающему в блок 9 управления, процесс измерения заканчивается °

В противном случае блок 8 индикации не включается, значение dg вводится в блок 6 памяти, блок 9 управления по сигналу вычислителя 7 устанавливает в источнике 2 тока частоту

Q> ъ Я и т.д. Все операции повто1573335!

Алгоритм вычислений толщины по

45 данной формуле с у. .òîì трех вариантов способа реализуется программой, заложенной B -постоянной памяти вычислителя 7. производит вычисление толщины участка изделия. Вычисленное значение толшины участка в зависимости от характера введенной в блок 9 управления программы в дальнейшем поступает ли бо в блок 8 индикации, производящей светоиндикацию числового значения толщины участка изделия lO -либо поступает в модуль памяти вычислителя 7 и используется в цикле измерений согласно вариантам электроконтактного способа измерения толщины изделий.

Измерение толщины участка по третьему варианту в соответствии с заложенной программой в блоке 6 памяти производится аналогично второму варианту, включая измерение падения напряжения Д U при переменном токе ,максимально высокой частоты Я и в дальнейшем вычислителем 7 по введенным предварительно в блок 6 памяти значениям ДБ, Д Бм, (3 производит-. о ся определение значения высокой частоты Я, значение Я б устанавливается по команде блока 9 управления в источнике 2 тока и измеряет: ÿ соответствующее падение напряження

ДU а затем, учитывая соответствующие значения Ы30, Я,,„, Я,, АБц, $U>, в вычислителе 7 происходит определение толщины d участка изделия, результат индицируется на табло блока 8 индикации и по сигналу вычислителя 7, поступающему. в блок 9 управления, процесс измерения заканчивается.

Устройство по третьему варианту (фиг. 4) работает следующим образом, С пульта управления на вычислитель 7 поступают сигналы, формирующие программу его работы, которая запи сывается в долговременную память вычислителя 7. По этой программе блок

9 управления формирует управляющую команду, которая подается на коммутатор 19, подключающий к цепи иэделия 10 и щупов 1 и 4 один г;з выходов источника 2 тока.

В начальный момент измерения по

I программе микропроцессора блок 9 управления формирует управляющую команду, с помощью которой коммутатор

19 подключает к цепи изделия и щупов

1 и ч выход источника 2 тока с посто1р янным током или переменным током низкой частоты. Падение напряжения на участке иэделия между щупами преобразуется масштабным измерительным преобразователем 13 и аналого-цифро(5 вым преобразователем 20, работой которого управляет через блок 9 управления вычислитель 7. Кодированное значение падения напряжения постоянного или низкочастотного переменного тока ДП заносится в модуль памяти вычислителя ?. Сюда через пульт 21 управления перед началом измерений введены значения $, P< Я

В следующем цикле измерения по команде вычислителя 7 блок 9 управления формирует сигнал, который, поступив на коммутатор 19, пЬдключает к цепи изделия 10 и щугов 1 и 4 вы30 ход источника 2 тока с переменным током высокой частоты Сд, . Соответствующие переменному току высокой частоты Я, падение напряжения ЬП1 преобразуется масштабным измеритель35 ным преобразователем 13 и аналогоцифровым преобразователем 20, работающем синхронно с выходом коммутатора

19 посредством команды вычислителя

7 через блок 9 управления. После

40 кодирования измеренное падение напряжения ДБ, заносится в модуль памяти вычислителя 7.

1573335 самоей t0oae . ahoy

Фис1

1573335

Составитель И.Рекунова

Техред Л.Сердюкова Корректор А.Обручар

Редактор И.Бланар

Заказ 1637 Тираж 505 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при 1 КНТ СССР

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

Производственно-издательс-ий комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101