Способ измерения толщины покрытия

ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИА ИСТИЧ Е С К ИЕСПУБЛИК)5 601 В 70 ПИСАНИЕ БР ло- реин.аю итут ниние. рас- ме- ева ИЯ ТОЛЩИ.НЫ ПО ится к неразрушаю быть использован ги на ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 1(71) Московский энергетический инс(56) Авторское свидетельство СССРМ 1390554, кл, 6 01 Й 25 У 18, 1986.Авторское свидетельство СССРЬ 1395939, кл. 6 01 В 7/06; 1986.(57) Изобретение относщему контролю и может Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использованодля измеоения толщины покрытия (напри;мер; гальванического), которое имеет коэф- .фициент теплопроводности много больше,чем основани.е.Известен способ определения коэффициента теплопроводности многослойнйхпластин, позволяющий по полученным данным судить о толщине покрытия. заключающийся в том, что через исследуемыйобразец пропускают тепловой поток вдольграницы слоев, имеющих различные коэффициенты теплопроводности, измеряютегомощность и перепад температур на поверх- .ности на заданном расстоянии от нагревающего элемента и по измеренным величинам.рассчитывают искомый коэффициент, Приэтом расстояние выбирают таким, чтобы устранить погрешность, связанную с отличиями теплофизических характеристик слоев.иих толщиной,измерения толщины покрытия, имеющ отличный от основания коэффициент теп пооводности. Цель изобретения - расши ние диапазона контролируемых толи Поверхность объекта контроля нагрев со стороны покрытия импульсным источ ком излучения, регистрируют измене температуры во времени на заданном стоянии от участка нагрева, при этом из ряют интервал времени от начала нагр до момента достижения температурой верхности максимального значения, а ре страцию .температуры проводят фиксированном расстоянии от участка грева. Г ил,ГТаким образом, если выбрать соответст- с вующее расстояние между нагревательным и измерительным элементами, то можно получить зависимость мощности стационар- з .ого теплового потока от толщины покры-. тия. Недостатками этого способа является р низкая производительность измерений, так как требуется создание режима стационарного теплового потокаНаиболее близким техническим реше- д нием к изобретению является способ изме- СО рения толщины листового материала, при котором импульсно нагревают одну из его поверхностей, регистрируют переходной процесс изменения ее температуры во времени, при этом другая поверхность листа приведена в контакт с веществом, имеющим отличную от контролируемого материала теплопроводность, а о толщине материала судят по величине временного интервала между моментом достижения нагреваемой поверхностью максимального значениятемпературы и последующим моментом, соответствующим перегибу на графив переходного процесса, который обусловлендостижением тепловым потоком внутренней поверхности листового материала.Однако при малых толщинах листа илипри высоких коэффициентах теплопроводности материала интервал времени междухарактерными точками переходной характеристики мал, погрешность определенияхарактерныхточек по абсолютной величинесоизмерима с интервалом времени междуними и измерение этого интервала с удовлетворительной точностью невозможно.Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых толщин и контролируемых материалов покрытия,Это достигается тем, что осуществляютимпульснь 1 й нагрев локального участка покрытия, регистрируют температуру покрытия и временной интервал, по величинекоторого судят о толщине покрытия, причеминтервал времени измеряют между качалом нагрева и моментом достижения температурой покрытия максимальной величины,а регистрацию температуры проводят нафиксированном расстоянии от участка нагрева,На фиг. 1 изображена схема измерениятолщины покрытия; на фиг. 2 - зависимостинаступления максимума температуры оттолщины покрытия для основания из текстолита.Схема содержит покрытие 1, расположенное на основании 2. Сигнал тепловогоотклика от нагревателя 3 регистрируетсяпреобразователем 4, установленном на заданном расстолнии 1 от нагревателя.Закон изменения температуры в точкеповерхности покрытия на фиксированномрасстоянииот места нагрева описываетсядвухмерным нестационарным уравнениемтеплопроводности, поскольку распространекие тепла, происходит как вглубь иэделия,так и вдоль границы основание-покрытие,При этом температура покрытия в точке измерения возрастает, достигает максимального значения и начинает убывать, Времядостижения максимума характеризует теплопроводность покрытия, основания и толщину покрытия.При большой толщине покрытия (б-у 1.)можно считать, что время достижения максимума гтемпературы в точке измеренияопределяется только температуропроводностью покрытия, поскольку влияние основания сказывается позже. Поэтому первуючасть переходного процесса рассмотрим вупрощенной системе: полупространство изматериала покрытия. В этом случае время10 О), когда она настолько мала, что не вноситзаметных изменений в процесс распространения тепла, время максимума температуры км определяется величиной, аналогичной вы 20-) . к т м, определяемому температуропроб с К /4/А гдеА = ар с- теплопроводность материа лов основания и покрытия;К - коэффициент, зависящий от уровняминимальной чувствительности к толщине и конкретного материала. Длл медного покрытия эксперементально найденное зна чение К = 0,21 при минимальном уровне 1мс/мкм (фиг, 2),25 30 35 максимума т м в точке поверхности на расстоянии Е от мгновенного линейного источника определяется по формуле (3); г= Р/4 а, (1) где а - температуропроводность материалапокрытия.При малой толщине покрытия (0-0, б/Е численной по формуле, где а - температуропроводность основания. Учитывая, что температуропроводность у основания в 100 - 1000 раз меньше, чем у покрытия, это время должно возрасти в соответствующее число раз.В некотором диапазоне толщин можно ожидать зависимость т (о) которая определяется переходом от Г м, определяемому температуропроводностью покрытия при бводностью основания при б О.Эксперименты, проведенные с использованием импульсного линейного электрического нагревателя (длительность импульса нагрева 0,1 с) на тонких (д с 0,021) покрытиях подтверждают существование такой зависимости. Полученные экспериментальные зависимости наступления максимума температуры от толщины покрытия из меди (а = 1,15:10 м /с) на основании из текстолита (а = 1,4 10 м/с) толщиной 2 мм,для расстояния между нагревателем и приемником 6 мм (кривая а), 8 мм (кривая Ь) и 10 мм ( кривая с Диапазон чувствительности к толщине можно оценить по формуле: Применение разнесенных в пространстве нагревателя и приемника,позволяет производить измерения на тонких покрытиях, так как в этом случае интервал между характерными моментами переходного процесса определяетсл не только толщиной покрытия, но и расстоянием от нагревателя доприемника. Это расстояние может в сотнираз превосходить толщину покрытия, чтоприводит к увеличению измеряемого интервала времени и уменьшает относительнуюпогрешность его измерения, Предположим, 5что точность определения характерного момента времени осталась та же, что и дляслучая (2), а измеряемый интервал увеличился в 100 раз эа счет соответствующего увеличения расстояния от нагревателя до 10приемника, тогда получим снижение относительной погрешности измерения временного интервала в 100 раз.Расширение диапазона измеряемых: материалов покрытия в сторону увеличения 15теплопроводности (уменьшающего измеряемый временной интервал) обеспечиваетсяустановкой большего расстояния от нагревателя до измерителя. Способ также позволяет производить измерения при 20отсутствии доступа к поверхности междунагревателем. и приемником.Время максимума определяют по графику переходного процесса, который получают от термочувствительного элемента на 25запоминающем осциллографе,Градуировочные зависимости временимаксимума от толщины покрытия получаютэкспериментальным путем на образцах изизмеряемых материалов, измеряя толщину 30покрытия любым известным способом,П р и м е р. Измерение толщины металлизации из меди на основании из текстолита, нанесенного гальваническим методом,Для этого импульсно нагревают линейный участок поверхности электрическим.контактным нагревателем в течение 0,1 с.На расстоянии 8 мм от линии нагрева регистрируют температуру с помощью пироприемника, сигнал от которого после усиления 40подают на вход запоминающего осциллографа. Запуск горизонтальной разверткиосциллографа осуществляют при включении нагревателя. По полученному графикуг. определяют. интервал времени от начала импульса нагрева до точки максимума, Полученные значения временны интервалов непосредственно переводят в. значение толщины при помощи Заранее полученного градуировочного графика для медного покрытия на текстолитовом основании при расстоянии между нагревателем и измерителем 8 мм (фиг. 2, крйвая Ь.Градуировочную зависимость получают по обычной методике, используя в качестве эталонного метода измерения толщины покрытия метод микрошлифов.Формула изобретенияСпособ измерения толщины покрытия, имеющего отличный оТ основания коэффициент тепловой активности, заключающийся в том, что импульсно нагревают локальный участок покрытия,.измеряют характеристический интервал времени теплового переходного процесса изменения его температуры, по величине которого судят о толщине покрытия, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых материалов и толщин, интервал вре- мени измеряют между началом нагрева и моментом достижения температурой покрытия максимальной величины, а иэмере., ние температуры проводят в точке покрытия на расстоянии от участка нагрева, выбираемом из условия-где дм - верхняя граница диапазона измеряемых толщин;е и е; - коэффициенты тепловой активностй покрытия и основания соответственно;К - коэффициент. зависящий от уровня минимальной чувствительности измерителя временного интервала, выбираемый экспериментально.1744438 7 И 2 дэктор Л.Народная Н.Ревская орр Заказ 2185 . Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская нар 4/5 ственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгор Гагарина., 10 о Составитель Техред М.М ерно нтал