Устройство для измерения толщины покрытий
COATING THICKNESS MEASURING DEVICE

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для автоматизации технологических процессов и управления ими.
Известно устройство для измерения толщины немагнитных покрытий на ферромагнитных изделиях (RU 2160427 С2, 10.12.2000), содержащее упругую растяжку и первый постоянный магнит, помещенный с заданным зазором от поверхности изделия, магнитную систему в виде второго постоянного магнита и магнитопровода с рабочим зазором, механически переключаемым двухпозиционным шунтом, плоскую измерительную катушку, установленную неподвижно в рабочем зазоре, ферромагнитную пластину, закрепленную на упругой растяжке, и частотомер. В данном устройстве измерение толщины немагнитных покрытий сводится к вычислению частоты наводимой в измерительной катушке ЭДС индукции за счет возбуждающихся свободных поперечных колебаний в механической колебательной системе «ферромагнитная пластина».
Недостатком этого устройства можно считать конструктивно-технологическую сложность.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является принятый автором за прототип индуктивный толщиномер гальванического покрытия (см. Информационно-измерительная техника и электроника. Учебник. Под редакцией Г.Г. Раннева. Издательство «Академия», 2007, стр. 423). Этот преобразователь представляет собой трансформатор с разомкнутой магнитной цепью, магнитный поток которого замыкается через контролируемое покрытие. Величина магнитного потока трансформатора при заданной магнитодвижущей силе (МДС) первичной обмотки зависит от толщины ее покрытия, следовательно, индуцированная во вторичной обмотке электродвижущая сила (ЭДС) будет функцией толщины покрытия.
Недостатком данного толщиномера является невысокая точность измерения из-за влияния температуры окружающей среды на работу измерительной цепи преобразователя и нестабильность в измерении амплитуды электродвижущейся силы вторичной обмотки трансформатора.
Техническим результатом заявляемого технического решения является повышение точности измерения толщины покрытий.
Технический результат достигается тем, что устройство для измерения толщины покрытий содержит чувствительный элемент в виде трансформатора с первичной и вторичной обмотками, соединенный посредством первичной обмотки с источником переменного тока, и регистратор, в устройство введены первый усилитель, источник светового излучения, фотодиод и второй усилитель, причем вторичная обмотка трансформатора через первый усилитель подключена к источнику светового излучения, фотодиод через второй усилитель соединен с регистратором, выход последнего является выходом устройства.
Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что воздействие ЭДС вторичной обмотки трансформатора на источник светового излучения и облучение световым потоком этого источника излучения фотодиода дают возможность по величине тока фотодиода измерить толщину покрытий.
Наличие в заявляемом способе совокупности перечисленных существующих признаков позволяет решить задачу измерения толщины покрытий на основе определения тока работающего в генераторном режиме фотодиода с желаемым техническим результатом, т.е. повышением точности измерения толщины покрытий.
На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.
Данное устройство содержит источник переменного тока 1, чувствительный элемент 2, первый усилитель 3, источник светового излучения 4, фотодиод 5, второй усилитель 6 и регистратор 7. На чертеже цифрой 8 обозначена контролируемая среда.
1
1
2
Устройство работает следующим образом. С выхода источника переменного тока 1 сигнал (частотой ω) поступает в первичную обмотку трансформатора (чувствительного элемента 2). Так как в данном случае чувствительный элемент представляет собой трансформатор с разомкнутой магнитной цепью, магнитный поток которого замыкается через проводящую контролируемую среду 8, то во вторичной обмотке трансформатора индуцированная ЭДС (величина магнитного потока φ) будет функцией толщины покрытия. В рассматриваемом случае необходимо, чтобы магнитодвижущая сила (МДС) F, т.е. ток I в первичной обмотке трансформатора оставались постоянными. В силу этого для ЭДС Е вторичной обмотки трансформатора можно записать
2
2
1
м
Е=ω wF/Z=f (d),
2
м
2
1
м
2
где w - число витков вторичной обмотки трансформатора, Z - полное сопротивление магнитной цепи, d - толщина покрытия. Отсюда видно, что при постоянных значениях круговой частоты ω число витков w, МДС F и полного магнитного сопротивления цепи Z, измерением Е вторичной обмотки трансформатора, можно судить о величине толщины покрытия проводящего материала.
ф
с
Согласно предлагаемому техническому решению информативный сигнал о величине толщины покрытия с трансформатора (чувствительного элемента) посредством вторичной обмотки, далее, через первый усилитель 3 передается на источник светового излучения 4. Так как интенсивность светового потока последнего в данном случае определяется величиной сигнала, поступающего с выхода первого усилителя 3, то фототок I фотодиода 5, облучаемого световым потоком Ф данного источника излучения, будет функцией светового потока. Другими словами, величина фототока фотодиода и его изменение будут определяться степенью интенсивности светового потока источника светового излучения. Следовательно, в рассматриваемом случае функцию преобразования толщины покрытия в фототок фотодиода можно выразить как
2
с
ф
d>Е>Ф>I.
Для измерения фототока фотодиода 5, работающего в генераторном режиме, фотодиод через второй усилитель 6 подключается к входу регистратора 7. По показаниям последнего можно получить информацию о значениях толщины проводящего покрытия при его изменении.
Таким образом, согласно предлагаемому техническому решению на основе преобразования ЭДС вторичной обмотки трансформатора через световой поток в ток фотодиода, работающего в генераторном режиме, можно обеспечить повышение точности измерения толщины покрытий.
Предлагаемое устройство успешно может быть использовано для измерения толщины гальванических и других металлических покрытий.