ТОЛЩИНОМЕР ПОКРЫТИЙ С ЭЛЕКТРОМАГНИТОМ
COATING THICKNESS GAUGE WITH ELECTROMAGNET

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения толщины немагнитных и слабомагнитных покрытий на ферромагнитной основе, а также ферромагнитных покрытий на немагнитной основе.
Наиболее близким по технической сути (прототипом) к предлагаемому толщиномеру покрытий с электромагнитом является толщиномер, описанный в работе Валитова А.М.-З. и Шилова Г.И. Прибора и методы контроля толщины покрытий. - Л.: Машиностроение, 1970, стр.14-17.
Действие прибора основано на измерении силы притяжения подвижного сердечника электромагнита датчика в зависимости от толщины покрытия. Величина силы притяжения сердечника определяется величиной силы тока, протекающего по обмотке в момент отрыва сердечника электромагнита от контролируемой детали. Датчик имеет две коаксиальные катушки с изолированными обмотками и свободно перемещающийся в них сердечник. Магнитные потоки, возникающие в обмотках датчика, направлены навстречу друг другу. Одна обмотка имеет большое число витков, и ток в ней изменяется от нуля до максимального значения. Вторая обмотка имеет небольшое число витков, и сила тока в ней постоянна. Направление токов в обмотках противоположно. При прохождении тока по первой обмотке сердечник втягивается. Затем ток уменьшается до величины, при которой сердечник датчика оторвется от детали.
Недостатками такого толщиномера являются:
- отрыв сердечника датчика от детали фиксируется по размыканию контактов, что требует значительного зазора между сердечником и кнопкой и вносит дополнительную погрешность в результаты измерений;
- субъективная оценка момента отрыва сердечника датчика по шкале прибора, что не позволяет автоматизировать процесс измерений и использовать прибор для непрерывных измерений;
- необходимость в строгой вертикальной ориентации датчика, что вносит ограничения на его применение;
- громоздкость и необходимость работать вблизи источника питания.
Задачей изобретения является получение технического результата, состоящего в повышении точности проводимых измерений, сокращении времени измерений, в возможности контроля толщины покрытий в труднодоступных местах и под разными углами наклона датчика электромагнита, уменьшении габаритных размеров, упрощении конструкции толщиномера, автоматизации процесса измерений и возможности проведения измерений в цеховых условиях.
Этот технический результат достигается тем, что толщиномер покрытий с электромагнитом содержит бесконтактный датчик осевого перемещения сердечника, например, индукционного, емкостного, оптического (растрового) типа, позволяющий с большой точностью контролировать перемещение сердечника внутри катушек датчика-электромагнита, а также микроконтроллер, источники тока с цифровым управлением, аналого-цифровые преобразователи, датчики тока, которые обеспечивают питание катушек датчика-электромагнита и контроль разности величин сил тока на катушках. С целью компенсации влияния веса сердечника при различных углах наклона датчика-электромагнита толщиномер покрытий с электромагнитом содержит датчик ориентации его продольной оси относительно поля тяготения земли, например датчик угла наклона типа инклиномера.
На чертеже показана структурная схема толщиномера покрытий с электромагнитом.
Толщиномер покрытий с электромагнитом содержит бесконтактный датчик осевого перемещения сердечника 1, сердечник 2, наружную обмотку 3, внутреннюю обмотку 4, датчик-электромагнит 5, датчик угла наклона 6, аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 8 и 9, датчики тока 10 и 11, микроконтроллер 12, жидкокристаллический (ЖК) экран 13, источники тока с цифровым управлением 14 и 15. На чертеже также показана контролируемая деталь 7 с покрытием.
Для уменьшения влияния свойств деталей на работу датчика в приборе используется игольчатый сердечник, который может изготовляться нескольких типов для разных диапазонов.
Микроконтроллер 12 управляет процессом измерения, производит обработку полученных данных и выдает результат измерений на ЖК-экран 13, а также осуществляет питание катушек датчика-электромагнита и контроль величины сил тока на катушках. Разность токов и является функцией толщины покрытия.
Необходимо также учитывать то обстоятельство, что на сердечник 2 действует сила его веса, которая зависит от угла наклона датчика-электромагнита 5 к поверхности контролируемой детали. Датчик-электромагнит 5 оснащен дополнительно датчиком ориентации его продольной оси относительно поля тяготения Земли, например датчиком угла наклона 6, что позволяет изменять силу тока, компенсирующую влияние веса сердечника 2 при различных углах наклона датчика-электромагнита 5.
Таким образом, микроконтроллер 12 учитывает силу веса сердечника 2 при определении толщины покрытия с помощью датчика угла наклона 6, что значительно расширяет область применения толщиномера, дает возможность контроля толщины покрытий в труднодоступных местах, под разными углами наклона датчика-электромагнита и возможность проведения измерений в цеховых условиях.
Толщиномер покрытий с электромагнитом работает следующим образом.
При включении толщиномера покрытий с электромагнитом микроконтроллер 12 формирует управляющий сигнал для подачи питания на внутреннюю обмотку 4 через источник тока с цифровым управлением 14 и включения бесконтактного датчика осевого перемещения сердечника 1. Одновременно включается датчик угла наклона 6, который выдает на микроконтроллер 12 информацию об ориентации продольной оси датчика-электромагнита 5 относительно поля тяготения Земли с целью компенсации влияния веса сердечника 2. Сила тока на внутренней обмотке 4 имеет такую величину, чтобы оторвать сердечник 2 от поверхности детали, т.е. привести в исходное положение. Величина силы тока измеряется через АЦП 9 и датчик тока 11. Сердечник 2 приходит в движение, и бесконтактный датчик осевого перемещения сердечника 1 сигнализирует об этом микроконтроллер 12. Затем микроконтроллер 12 формирует сигнал для подачи питания через источник тока с цифровым управлением 15 на внешнюю обмотку 3. Направление токов в обмотках противоположно, поэтому магнитные потоки в датчике-электромагните 5, возникающие в этих обмотках, направлены навстречу друг другу. Ток в обмотке 3 изменяется от нуля до максимального значения, необходимого для втягивания сердечника 2 до соприкосновения с поверхностью контролируемой детали с покрытием 7. Бесконтактный датчик осевого перемещения сердечника 1 сигнализирует об этом микроконтроллеру 12, который формирует сигнал для изменения питания катушек через источники тока с цифровым управлением 14 и 15. Сила тока на внутренней обмотке 4 увеличивается, а на внешней обмотке 3 уменьшается до величины, пока сердечник 2 не оторвется от поверхности детали. Т.е. при некоторых значениях токов на обмотках в момент, когда сила выталкивания сердечника становится больше силы его притяжения к испытуемой детали, происходит отрыв сердечника от детали. Бесконтактный датчик осевого перемещения сердечника 1 сигнализирует об этом микроконтроллеру 12. Изменение силы тока на двух обмотках значительно сократит время измерений.
Микроконтроллер 12 непрерывно измеряет силу токов на обмотках через АЦП 8 и 9, а также датчики тока 10 и 11. Величина силы притяжения сердечника 2 определяется разностью величин сил тока, протекающих по обмоткам датчика-электромагнита 5 в момент отрыва сердечника 2 от поверхности контролируемой детали 7.
Микроконтроллер 12 осуществляет обработку полученных данных, переводит полученный результат обработки данных в толщину покрытия контролируемой детали 7 и выводит соответствующую информацию на ЖК экран 13. При этом информация может накапливаться, что автоматизирует процесс измерений.
Предлагаемый толщиномер покрытий с электромагнитом позволяет повысить точность проводимых измерений, сократить время измерений, контролировать толщины покрытий в труднодоступных местах и под разными углами, упростить конструкцию толщиномера, уменьшить габаритные размеры толщиномера, автоматизировать процесс измерений и проводить измерения в цеховых условиях.