Способ измерения толщины электропроводящих изделий и устройство для его осуществления

,801260833 4 С О 1 И 27/90, Г 01 В 7 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИ ЕТ СССРОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУсоставляющих вносимых напряжений нанизких частотах. Для осуществленияэтого устройство содержит генераторвысокой частоты, генератор низкойчастоты, сумматор, блок стабилизации фазового угла, вихретоковый преобразователь, блок разделения, частоблок определения направления векторов напряженности высокочастотногои низкочастотного магнитных полейвихревых токов и блока вычитания.Использование в качестве информативного параметра направления векторанапряженности высокочастотного и никочастотного магнитных полей вихревых токов осуществляется за счетконструкции вихретокового преобразователя и введения блока определеески т рия. рис. (54) РОПР тотногоков, Постельной 1 х на ка 4 стабилизации фазового угла совместно с генератором низкой частотывихретокового преобразователя и блока разделения частот. Информация отолщине изделия снимается с выходаблока вычитания, 2 с.п.ф-лы, 3 ил.(7 1) Куйбышевский электротехничинститут связи(56) Дефектоскопия, 1983, У 7,с. 14-16.ДорофеевРубин А.Л,М,: Эн А,Л Никитин А.И Индукционная толщиномет ергия, 1978, с. 103-106,60.СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ЭЛЕКТОВОДЯЩИХ ИЗДЕЛИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к неразрушающему контролю изделий для измерения толщины плоских электропроводящих изделий, например листов проката в металлургической промышленности и др. отраслях народного хозяйства. Целью изобретения является повышение точности измерения толщины электропроводящих изделий за счет использования в качестве информативного параметра направления векторов напряженности высокочастотного и низкочастотного магнитных полей вихревых токов при поддержке постоянным отношениядействительной и мнимой ия направления векторов напряжен ости высокочастотного и низкочасгнитных полей вихревых тоянное отношение деиствии мнимой составляющих вносяжений на низкой частоте оддерживается за счет введения бло 126083310 20 35 40 55 Изобретение относится к неразрушающему контролю изделий и может быть использовано для измерения толщины плоских электропроводящих изделий, например листов проката, в машиностроительной, металлургической и других отраслях народного хозяйства,Целью изобретения является повышение точности измерения толщины плоских электропроводящих изделий путем исключения погрешности в определении толщины изделия, возникающей за счет неоднозначной зависимости электропроводности материала на низких и высоких частотах. На Фиг,1 приведена структурная схема измерения толщины электропроводящих изделий, поясняющая способ; на фиг,2 - гадографы вносимых напряжений, поясняющие работу блока стабилизации фазового угла; на фиг.З структурная схема блока стабилизации Фазового угла.Устройство содержит генератор 1 высокой частоты, генератор 2 низкой частоты, подключенный к выходам генераторов высокой и низкой частот, сумматор 3, подключенный одним входом и выходом соответственно к выходу и входу генератора 2 низкой частоты - блок 4 стабилизации фазового угла, вихретоковый преобразователь, включающий возбуждающую катушку 5, подключенную к выходу сум. матора 3, возбуждающая катушка выполнена плоской и прямоугольной формы и расположена перпендикулярно рабочей поверхности преобразователя, измерительные катушки 6, 7 и включенные с ними последовательно-встречно компенсационные катушки 8 и 9 измерительные и компенсационные катушки выполнены плоскими прямоугольной формы, взаимно перпендикулярными, одна пара, состоящая из компен- сационной и измерительной катушек, расположена параллельно, а другая пара - перпендикулярно рабочей поверхности преобразователя, подключенные входом к выводам измерительных и компенсационных катушек 6, 7,.8 и 9 первый блок 10 и второй блок 11 компенсации, причем первый вход первого блока 1 О компенсации соединен с измерительной катушкой 7, расположенной перпендикулярно рабочей поверхности преобразователя, второй вход - с соответствующей компенсационной катушкой 9, первый вход второго блока 11 компенсации соединенс измерительной катушкой 6, расположенной параллельно рабочей поверхности преобразователя, второй входс соответствующей компенсационнойкатушкой 8, первый фильтр 12 высокойчастоты и первый фильтр 13 низкойчастоты, входом подключенные к выходу первого блока 10 компенсации,последовательно соединенные и подключенные к выходу второго блока 11компенсации второй фильтр 14 высокой частоты и блок 15 определениянаправления напряженности высокочастотного магнитного поля вихревых токов, второй вход которого соединенс выходом первого фильтра 12 высокойчастоты, последовательно соединенныеи подключенные к выходу второго блока 11 компенсации второй фильтр 16низкой частоты и блок 17 определениянаправления вектора напряженностинизкочастотного магнитного поля вихревых токов, второй вход которогосоединен с первым фильтром 13 низкой частоты, а выход второго фильтра 16 низкой частоты подключен к второму входу блока 4 стабилизации фазового угла, последовательно соединенные блок 18 вычитания и индикатор 19, причем блок 18 вычитанияобоими входами подключен к выходамблоков 15 и 17 определения направления вектора напряженности соответственно низкочастотного и высокочастотного магнитного поля вихревых токов,возникающих в изделии 20.Блок 4 стабилизации фазового угла (фиг.З) содержит последовательносоединенные преобразователь 21 фазового угла в напряжение и блок 22сравнения, подключенный к второмувходу блока 22 сравнения блок 23опорного напряжения, причем одинвход преобразователя 21 подключен кгенератору 2 низкой частоты, другой -к выходу второго фильтра 16 низкойчастоты, а выход блока 22 сравненияподключен к генератору 2 низкой частоты,На фиг,1 приняты следующие обозначения:А - сечение рабочей стороны воз-, буждающей катушки 5; А - фиктивный возбудитель вихревых токов, эквивалентный возбудителю вихревых то1250 1 О ков на высокой частоте; А - фиктивный возбудитель вихревых токов, эквивалентный возбудителю вихревых токов на низкой частоте; 1 - расстояние от линии пересечения измеритель. ных катушек б и 7 до возбуждающейкатушки 5, соизмеримое с удвоеннойтолщиной изделия 20; Ь - расстояние между центром сечения рабочей стороны возбуждающей катушки 5 и изделием 20; дЬ в . расстояние между расположением фиктивных возбудителей вихревых тбков, эквивалентных вихревым токам на высоких и низких частотах; Н , Н - векторы напряжен ности высокочастотного и низкочастотного магнитных полей вихревых токов, наводимых рабочей стороной воз-. буждающей катушки 5, их можно разложить на нормальные Н, Й и тан генциальные Н , Н составляющие;У - направление вектора напряжен 1ности высокочастотного магнитного поля вихревых токов; Ч - направление вектора напряженности низкочас тотного магнитного поля вихревых токов;- толщина изделия 20.На фиг.2 введены следующие обозначения: с, - Фазовый угол вносимо.го напряжения в измерительную катуш- ЗО ку 6 на низкой частоте для тонких .изделий; с- - фазовый угол вносимо,го напряжения в измерительную катушку 6 на низкой частоте для более толстых изделий; Ч - нормированное,юнвносимое в измерительную катушку 6 ;напряжение. Сумматор 3 предназначен для сложения частот, поступающих с выхода генератора 1 высокой частоты и с вы О хода .генератора 2 низкой частоты.Блок 4 стабилизации фазового угла предназначен для управления работой генератора 2 низкой частоты таким образом, чтобы фазовый угол ы вно- . 45 симого напряжения в измерительную катушку 6 был постоянным для конкретного диапазона толщиныизделия 20 независимо от его электропроводности, Первый блок 10 компен сации предназначен длябалансировки измерительной катушки 7 и компенсационной катушки 9, включенных последовательно и встречно. Второй блок 11 компенсации предназначен 55 для балансировки измерительной ка - тушки 6 и компенсационной катушки 8, также включенных последовательно и 833 4встречно. Блок 15 определения направления вектора напряженности высокочастотного магнитного поля вихревых токов предназначен для определения пространственного угла1Блок 17 определения направления вектора напряженности низкочастотногомагнитного поля вихревых токов предназначен для определения пространственного угла ч, Блок 18 вычитания2предназначен для вычитания из сигнала, поступающего с выхода блока 15определения направления вектора напряженности высокочастотного магнитного поля вихревых токов, сигнала свыхода блока 17 определения направления вектора напряженности низкочастотного магнитного поля вихревыхтоков. Индикатор 19 предназначен дляиндикации толщины изделия 20, Преобразователь 21 фазового угла в напряжение предназначен для измерения фазы сигнала с измеритегьной катушки 6относительно фазы сигнала возбуждающей катушки 5 на низкой частоте ипреобразования разности этих Фаз в,соответствующее напряжениеБлок 22сравнения предназначен для сравнения .напряжений с выхода преобразователя 21 фазового угла в напряжение иблока 23 опорного напряжения и формирования в зависимости от этого соответствующего напряжения, поступающего на управляющий вход генератора 2 низкой частоты, Блок 23 опорного напряжения предназначен для формирования напряжения, эквивалентногооптимальному значению Фазового углаили сс для конкретного диапазона1 2изменения толщины изделия 20,Способ измерения .толщины электропроводящих изделий осуществляютследующим образом,В изделии 20 с помощью возбуждающей катушки 5, на которую через сумматор 3 поступают сигналы с выхода генератора 1 высокой частоты и с выхода генератора 2 низкой частоты, возбуждают вихревые токи, Далее, с помощью первого и второго фильтров 12 и 14 высокойчастоты и блока 15 определения напРавления вектора напряженности высокочастотного магнитного поля вихревых токов определяют, направлениевектора напряженности высокочастотного магнитного поля вихревых токов. С помощью первого и второго фильтров 13 и 16 низкой часто(2) Значения тангенциальцой Н , Н 511 ф г и нормальной ННсоставляющих векторов напряженности высокочастотного и низкочастотного магнитных полей вихревых токов пропорциональны значениям напряжений, наводимых в измерительных катушках 7 и 6, Значение толщины изделия 20однозначно связано со значением дй. Из уравнения (2) имеют 25сЬ Н- (3)1 Н 2 Ь дЬ Н,1 1 Н, так как пространственный угол М явг ляется функцией зазора, толщины изделия и электропроводцости его материала, Откуда толщина 1: изделия ЗО Р ( НП 5 12608 ты и бпока 17 определеция направле-ния вектора напряженности низкочастотного магнитного поля вихревых токов определяют направление 1" вектогра напряженности низкочастотногомагнитного поля вихревых токов, Из геометрических соображений ряженке, эквивалетцое значению с дляопределенного изменения толщины изделия 20. Текущее значение 7. изделия20 определяют с помощью преобразователя 21 фазового угла в напряжение,на первый вход которого поступаетнапряжение с выхода генератора 2низкой частоты, а на второй - с выхода второго фильтра 16 низкой частоты, Преобразователем 21 фазовогоугла в напряжение определяется значение с и формируется напряжение,эквивалентное этому значению. В блоке 22 сравнения происходит сравнениенапряжений, поступающих с выходапреобразователя 21 фазового угла внапряжение и с выхода блока 23 опорного напряжения. Если эти напряжения равны между собой, то на выходеблока 22 сравнения не формируетсяуправляющий сигнал и частота генератора 2 низкой частоты не меняется,Если же эти напряжения не равны между собой, то с выхода блока 22 сравкения поступает сигнал на управляющий вход генератора 2 низкой частоты,который изменяет частоту последнегодо тех пор, пока напряжение с выхода преобразователя 21 фазового углав напряжение и блока 23 опорногонапряжения не будут равны, Таким образом, происходит стабилизация фазового угла ы, ипи Ы независимо от2электропроводности, зазора и толщины материала,40 45 50 Поддержка постоянным фазового угла с осуществляется следующим образом. Из годографов опрецеляют оптимальное значение фазового угла м для конкретного диапазона изменения толщины изделия 29. В блоке 23 опорного напряжения сформировано напДля того чтобы отношениеЭНг однозначно определялось только толщиной иэделия 20 и независимо от электропроводности его материала и зазора, поддерживают постоянным отношение действительной и мнимой составляющих вносимых напряжений на низкой частоте, т.е. поддерживают постоянным фазовый угол , или юг По разности направлений векторов напряженности магнитного поля вихревых токов на высокой и низкой частотах, получаемых с выхода блока 18 вычи - талий, и индикатору 19 судят о толщине изделия. Формула из обретения 1. Способ измерения толщины электропроводящих изделий, заключающийсяв том, что в изделии возбуждают вихревые токи одновременно ца высокойи низкой частотах и по разности амплитуд сигналов, принятых на каждойчастоте, определяют толщину изделия,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности измерения,поддерживают постоянным отношениедействительной и мнимой составляющихвносимых напряжений на низкой частоте,определяют направления векторов напряженности магнитного поля вихревыхтоков на высокой и низкой частотахв некоторой точке пространства, расположенной около возбудителя вихревых токов, и учитывают эти направления при определении разности амплитуд сигналов, 712. Устройство для измерений тол- щины электропроводящих изделий, содержащее генератор высокой частоты, генератор низкой частоты, вихретоковый.преобразователь, включающий возбуждающую, измерительные катушки и включенные с ними последовательно- встречно компенсационные катушки, первый и второй блоки компенсации, входом подключенные к выводам измерительных и компенсационных катушек, первый фильтр высокой частоты и первый фильтр низкой частоты, входом подключенные к выходу первого блока компенсации, и последовательно соединенные блок вычитания и индикатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, возбуждающая катушка преобразователя выполнена плоской и прямоугольной формы и расположена перпендикулярно рабочей поверхности преобразователя, измерительные и компенсационные катушки выполнены плоскими прямоугольной формы, взаимно перпендикулярными одна пара, состоящая из компенсационной и измерительной катушек, расположена параллельно, а другая па,ра - перпендикулярно рабочей поверхности преобразователя, причем первый вход первого блока компенсации соединен с измерительной катушкой, расположенной перпендикулярно рабоче новерхности преобразователя, второй 2608338вход - с соответствующей компенсационной катушкой, первый вход второго блока компенсации соединен с измерительной катушкой, расположеннойпараллельно рабочей поверхности преобразователя, второй вход - с соответствующей компенсационной катушкой, а устройство снабжено сумматором, входом подключенным к генера 10 торам высокой и низкой частоты, авыходом - к возбуждающей катушкепреобразователя, блоком стабилизации фазового угла, подключенным одним входом и выходом к входу и выхо 15 ду генератора низкой частоты, последовательно соединенными и подключент 1 ыми к выходу второго блока компенсации вторым фильтром высокойчастоты и блоком определения направ 20 ления вектора напряженности высокочастотного магнитного поля вихревыхтоков, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра высокой частоты, последовательно сое 25 диненными и подключенными к выходувторого блока компенсации вторымфильтром низкой частоты и блокомопределения направления вектора напряженности низкочастотного магнитно 30 го поля вихревых токов, второй входкоторого соединен с первым фильтром .низкой частоты, а выходвторого фильтра й низкой частоты подключен к второму входу блока стабилизации фазового угла.12 Г)0833 Составитель А.БодроТехред Л, Сердюкова актор Л,Повхан 1,Шаров Заказ 5223/4 3035 роизводственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул, Проек Тираж 778 Государственного делам изобретений осква, ЖРаув Подпискомитета СССРи открытийкая наб д, 4/5