УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ПОВЕРХНОСТНОГО ТОКОПРОВОДЯЩЕГО СЛОЯ
CONDUCTING SURFACE LAYER THICKNESS GAUGE

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для неразрушающего контроля при измерении толщины токопроводящего слоя электропроводящих материалов, может использоваться, например, в машиностроении для измерения и контроля качества поверхностного слоя изделий и измерения технологических остаточных напряжений поверхностного слоя изделий после механообработки.
Известно устройство для определения электрических свойств твердых материалов (см. а.с. RU №2010224, G01N 27/00, 1994, бюл. №6), содержащее диэлектрический корпус с двумя токовыми электродами и расположенными между ними двумя парами измерительных электродов, емкость с жидкостью, а диэлектрический корпус выполнен открытым по всей площади, занятой электродами, и соединен с емкостью посредством канала, при этом внутри корпуса расположены магнитные мешалки, а над ним бюретки с электролитами различной концентрации и регулятор уровня жидкости, снабженный механизмом его перемещения в вертикальной плоскости.
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками, являются диэлектрический корпус с двумя токовыми электродами и расположенные между ними два измерительных электрода.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются недостаточная эффективность, сложность конструкции, неудобство в эксплуатации.
Известно устройство для измерения толщины поверхностного токопроводящего слоя изделия (см. а.с. SU №1783287, G01В 7/06, 1992, бюл. №47), содержащее диэлектрический корпус и крышку, два подпружиненных токопроводящих электрода, размещенных в корпусе, два подпружиненных измерительных электрода, установленных в корпусе перпендикулярно его поверхности, источник питания постоянного тока, подключенный к токопроводящим электродам, и измерительный прибор, соединенный с измерительными зондами, токопроводящие электроды установлены вод углом α к поверхности корпуса, расстояние l между осями измерительных электродов выбирают из соотношения l=1,2d+h, где h - толщина стенки между отверстиями для пружин, d - диаметр пружины, расстояния L между точками контакта токоподводящих электродов и l - между точками контакта измерительных электродов выбирают из соотношения L=4 l, а угол α выбирают из соотношения
где а - высота части электродов, выступающей за поверхность крышки; b - расстояние от торца до оси токопроводящего электрода; В - длина корпуса; H - суммарная высота корпуса и крышки устройства.
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками, являются диэлектрический корпус, два токоподводящих электрода (в заявляемом - токовых) и два измерительных электрода, клеммы и струбцины.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются недостаточная эффективность, обусловленная отсутствием возможности измерять токопроводящий слой изделия на разной глубине, т.е. с изменением его толщины.
1
Наиболее близким техническим решением является устройство для измерения толщины токопроводящего слоя изделия (см. пат. RU №2167392, G01В 7/06, 2001, бюл. №14), содержащее диэлектрический корпус и крышку, два подпружиненных токопроводящих электрода, размещенных в корпусе под углом α к его поверхности:
2
где а - высота части электродов, выступающей за поверхность крышки; b - расстояние от торца корпуса до оси токопроводящего электрода; В - длина корпуса; Н - суммарная высота корпуса и крышки устройства, два подпружиненных измерительных электрода, установленных в средней части корпуса, источник питания, подключенный к токоподводящим электродам, и измерительный прибор, соединенный с измерительными электродами, при этом измерительные электроды установлены под углом α к поверхности корпуса, расстояние l между осями измерительных электродов по верхней плоскости корпуса выбирают из соотношения
2
где h - расстояние между осями измерительных электродов по крышке, расположенной на нижней плоскости; ΔH - устанавливаемая максимально допустимая толщина измеряемого токопроводящего слоя изделия; L - расстояние между точками контакта токопроводящих электродов, исходя из того, что L=3l, угол α выбирают из соотношения
Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками, являются диэлектрический корпус, крышка, два подпружиненных токопроводящих (в заявляемом - токовых) электрода и расположенные между ними два подпружиненных измерительных электрода, источник питания, подключенный к токовым электродам, измерительный прибор, подключенный к измерительным электродам.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются недостаточная эффективность, обусловленная отсутствием возможности измерять толщину токопроводящего слоя изделия на разной глубине с возможностью настройки при изменении толщины измеряемого токопроводящего слоя изделия.
Задачей изобретения является повышение точности измерения и повышение эффективности за счет возможности измерять токопроводящий слой изделия на разной глубине с возможностью изменять глубину измерения.
Технический результат заключается в том, что токовые электроды и измерительные электроды установлены в дополнительно введенных диэлектрических вставках, выполненных в нижней части в форме цилиндрического шарнира с возможностью поворота относительно своей оси, а верхней частью сопряжены посредством рычагов с резьбовым механизмом изменения угла наклона вставок и смонтированной на корпусе шкалой определения их угла наклона.
Для достижения технического результата устройство для измерения толщины поверхностного токопроводящего слоя, содержащее диэлектрический корпус, крышку, два подпружиненных токовых электрода и расположенные между ними два подпружиненных измерительных электрода, источник питания, подключенный к токовым электродам, измерительный прибор, подключенный к измерительным электродам, при этом токовые электроды и измерительные электроды установлены в дополнительно введенных диэлектрических вставках, выполненных в нижней части в форме цилиндрического шарнира с возможностью поворота относительно своей оси, а верхней частью сопряжены посредством рычагов с резьбовым механизмом изменения угла наклона вставок и смонтированной на корпусе шкалой определения их угла наклона.
Результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении точности измерения толщины поверхностного токопроводящего слоя изделия в 1,2-1,6 раза в зависимости от марки стали изделия и способа его обработки.
Предлагаемое устройство для измерения толщины поверхностного токопроводящего слоя поясняется чертежами: фиг.1 - чертеж общего вида, на фиг.2 - схема электрическая, фиг.3 - тарировочный график определения толщины поверхностного токопроводящего слоя изделия.
Устройство для измерения толщины поверхностного токопроводящего слоя содержит диэлектрический корпус 1, крышку 2, два подпружиненных токовых электрода 3 и расположенные между ними два подпружиненных измерительных электрода 4, источник питания 5, подключенный к токовым электродам 3, измерительный прибор 6, подключенный к измерительным электродам 4, при этом токовые электроды 3 и измерительные электроды 4 установлены в дополнительно введенных диэлектрических вставках 7, выполненных в нижней части в форме цилиндрического шарнира с возможностью поворота относительно своей оси, а верхней частью сопряжены посредством рычагов 8 с резьбовым механизмом 9 изменения угла наклона вставок 7 и дополнительно смонтированной на корпусе 1 шкалой 10 определения их угла наклона.
1
1
Работает устройство для измерения толщины поверхностного токопроводящего слоя изделия следующим образом. Устройство (фиг.1) устанавливается на исследуемую поверхность детали, при необходимости прижимается, например, грузом, или на профильных деталях, телах вращения, крепится, например, посредством струбцин (не показано). При этом перед установкой устройства на исследуемую поверхность задаются углы размещения токовых электродов 3 и расположенных между ними двух подпружиненных измерительных электродов 4 по шкале 10 определения их угла наклона. Данные для проведения расчетов выбирают из соотношений: расстояние l между осями контакта токовых электродов 3 выбирают из соотношения l=(2-4)l, которое обеспечивает наиболее благоприятный режим измерения, где l - расстояние между осями контакта измерительных электродов 4. После установки электродов 3, 4 по показаниям шкалы 10 определения их угла наклона рассчитываются расстояния по контакту осей токовых электродов 3 и измерительных электродов 4 из соотношения
где ΔH - толщина измеряемого токопроводящего слоя изделия; а - высота выступающей части электродов, за поверхность корпуса; Н - высота от осей диэлектрических вставок до поверхности корпуса. Определять толщину измеряемого токопроводящего слоя можно, например, и используя тарировочный график.
Подключение устройства для измерения толщины поверхностного токопроводящего слоя изделия (фиг.2) осуществляется от источника питания 5 (постоянного тока), через реостат 11, измерительный прибор 6 (милливольтметр), пакет переключателей 12, эталонный реостат 13 к токовым электродам 3, а с измерительных электродов 4 через пакетный переключатель 14 напряжение подается на потенциометр постоянного тока (не показано). Присоединение электродов 3, 4 осуществляется, например, посредством клемм.
Устройство для измерения толщины поверхностного токопроводящего слоя изделия позволяет изменять угол наклона токовых электродов 3 и расположенных между ними двух подпружиненных измерительных электродов 4 в широком диапазоне - от вертикального положения, при этом обеспечивается высокая контактная жесткость электродов с исследуемой поверхностью, обеспечивается возможность настройки на реально измеряемую толщину поверхностного токопроводящего слоя изделия на разной глубине и с возможностью изменять глубину измерения. Это позволяет расширить функциональные возможности применения устройства и повысить точность измерения толщины поверхностного токопроводящего слоя изделия в 1,2-1,6 раза в зависимости от марки стали изделия и способа его обработки.
Заявленное устройство для измерения толщины поверхностного токопроводящего слоя изделия может быть использовано для определения глубины технологических остаточных напряжений поверхностного слоя после механической обработки, например, при силовом резании. В этом случае выделяется большое количество теплоты, что влечет закалочные явления поверхностного слоя, т.е. его упрочнение. Определив глубину залегания упрочненного слоя, можно задавать глубину резания при следующем проходе так, чтобы резание происходило ниже упрочненного слоя. Это уменьшает износ инструмента и повышает качество обрабатываемой поверхности. Устройство можно использовать также при установке на предварительно зачищенную поверхность литых изделий для определения глубины слоя с нарушенной сплошностью металла. Это позволяет задавать оптимальные припуски на последующую механическую обработку. Можно применять и при определении глубины упрочненного слоя деталей, обработанных методами поверхностно-упрочняющей пластической обкатки, позволяет контролировать технологический процесс поверхностного упрочнения (толщину упрочненного слоя) при поверхностной пластической обработке деформированием.