FR2566894A1 - Wire dia. measurement using capacitive electrodes - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE DE MESURE DU DIAMETRE D'UN FIL
La présente invention s'applique à des procédés de mesure de divers paramètres géométriques de produits longs, et, plus particulièrement à un procédé de mesure du diamètre d'un fil.METHOD FOR MEASURING THE DIAMETER OF A WIRE
The present invention applies to methods of measuring various geometric parameters of long products, and more particularly to a method of measuring the diameter of a wire.
L'invention peut s'utiliser en laboratoire, pour contrôler le diamètre d'un fil et, industriellement, par exemple en metallurgie, en radio-électricité, dans les industries électroniques, pour mesurer le diamètre d'un fil conducteur au cours de sa fabrication. The invention can be used in the laboratory, to control the diameter of a wire and, industrially, for example in metallurgy, in radioelectricity, in the electronic industries, to measure the diameter of a conductive wire during its manufacturing.
A l'heure actuelle, la mesure du diamètre d'un fil à partir d'un diamètre de quelques micronS s'effectue par une méthode consistant à peser un segment de fil de longueur déterminée sur une balance de torsion puis à déterminer son diamètre a partir de la densité spécifique du matériau le constituant. At present, the measurement of the diameter of a wire from a diameter of a few microns is carried out by a method consisting in weighing a segment of wire of determined length on a torsion balance and then determining its diameter a from the specific density of the constituent material.
A partir de 300 um et au-delà, le diamètre d'un fil se détermine par un procédé de contact à l'aide de micro-indicateurs et de microme- tres. From 300 µm and beyond, the diameter of a wire is determined by a contact process using micro-indicators and micrometers.
La détermination du diamètre d'un fil par pesage exige la connaissance précise de la densité spécifique du matériau qu'on ne détermine actuellement que dans la structure en lingots ce qui ne correspond pas à la densité du matériau constituant effectivement le fil. Determining the diameter of a wire by weighing requires precise knowledge of the specific density of the material, which is currently only determined in the ingot structure, which does not correspond to the density of the material actually constituting the wire.
Le procédé de mesure par contact peut s'effectuer avec une erreur d'environ 0,05 um, mais elle conduit à une déformation du fil à mesurer qui est pratiquement impossible à déterminer. The contact measurement process can be performed with an error of about 0.05 µm, but it leads to deformation of the wire to be measured which is practically impossible to determine.
Il existe un procédé de mesure capacitive de l'humidité d ' un matériau en tôles ou en feuilles à partir de sa perméabilité diélectrique consistant à mesurer la capacité d'un transducteur réalisé sous la forme d'un condensateur plan entre les électrodes duquel est placé l'échantillon de tôle ou de feuille à étUdier, à enlever ensuite l'échan- tillon et à approcher progressivement l'une des électrodes du transducteur de l'autre jusqu'à retrouver la capacité initiale égale à la capacité du transducteur en présence de l'échantillon, l'humidité du matériau étant alors évaluée en fonction de la distance des électrodes (cf. Mesure de l'humidité" par Berliner M.A., Moscou, Editions "Energia", 1973, p.86). There is a method for capacitive measurement of the humidity of a sheet or sheet material from its dielectric permeability consisting in measuring the capacity of a transducer produced in the form of a flat capacitor between the electrodes of which is placed the sheet or sheet sample to be studied, then remove the sample and gradually approach one of the transducer electrodes to the other until the initial capacity is equal to the capacity of the transducer in the presence of the sample, the humidity of the material then being evaluated as a function of the distance of the electrodes (cf. Measurement of humidity "by Berliner MA, Moscow, Editions" Energia ", 1973, p.86).
Ce procédé est utilisable également pour la mesure du diamètre d'un fil, mais cette mesure présente l'inconvénient d'engendrer des erreurs considérables dues à la capacité initiale élevée du transducteur, augmentée par la non-linéarité de sa caractéristique à mesurer, d'où il s'ensuit une précision insuffisante de la mesure du diamètre d'un fil. This method can also be used for measuring the diameter of a wire, but this measurement has the drawback of generating considerable errors due to the high initial capacity of the transducer, increased by the non-linearity of its characteristic to be measured, d 'where it follows an insufficient precision of the measurement of the diameter of a wire.
Il existe également un procédé de mesure du diamètre de produits laminés consistant à comparer les capacités partielles du matériau d'un produit laminé placé entre les électrodes d'un transducteur à la capacité primaire de celui-ci (cf. brevet de la République Démocratique
Allemande n" 32032).There is also a method of measuring the diameter of laminated products consisting in comparing the partial capacities of the material of a laminated product placed between the electrodes of a transducer with the primary capacity of the latter (cf. patent of the Democratic Republic
German no. 32032).
Ce procédé peut aussi être utilisé pour la mesure du diamètre d'un fil. Cependant, dans ce cas, les mesures sont sujettes à des erreurs importantes dues à la nécessité de mesurer la capacité du transducteur et à la non-linéarité de la caractéristique à mesurer du transducteur, responsable de la mauvaise précision de mesure du diamètre d'un fil. This method can also be used for measuring the diameter of a wire. However, in this case, the measurements are subject to significant errors due to the need to measure the capacity of the transducer and to the non-linearity of the characteristic to be measured of the transducer, responsible for the poor accuracy of measurement of the diameter of a wire.
Il existe par ailleurs un procédé de mesure du diamètre d'un fil qui consiste à le placer entre les deux électrodes identiques, reliées entre elles, d'un transducteur de façon qu'il soit disposé symétriquement par rapport à ces électrodes avec lesquelles il forme un condensateur venant constituer à son tour avec le secondaire d'un transformateur l'une des branches du pont et à déterminer par l'un des paramètres du pont le diamètre du fil (cf. recueil "Mesures, contrôles, automatisation", Moscou, 1978, n" 3, pp. 19 à 24, "Moyens modernes de mesure des dimensions tranversales des filaments conducteurs de courant" par
Grokholsky A.L., Gorbov M.M., Strunsky M.G., Fedotov V.K.).There is also a method of measuring the diameter of a wire which consists of placing it between the two identical electrodes, connected to each other, of a transducer so that it is arranged symmetrically with respect to these electrodes with which it forms. a capacitor coming in turn to constitute, with the secondary of a transformer, one of the branches of the bridge and to determine by one of the parameters of the bridge the diameter of the wire (cf. collection "Measurements, controls, automation", Moscow, 1978, n "3, pp. 19 to 24," Modern means for measuring the transverse dimensions of current-conducting filaments "by
Grokholsky AL, Gorbov MM, Strunsky MG, Fedotov VK).
Ce procédé, en plus du fait qu'il entraine des erreurs considérables de mesure du diamètre d'un fil causées par la mesure de la capacité du tranducteur, fait apparaître une non-linéarité de la caractéristique à mesurer du transducteur qui se révèle néfaste à la precision de mesure du diamètre d'un fil. This method, in addition to the fact that it causes considerable errors in measuring the diameter of a wire caused by the measurement of the capacity of the transducer, reveals a non-linearity of the characteristic to be measured of the transducer which turns out to be harmful to the precision of measuring the diameter of a wire.
La présente invention vise à proposer un procédé de mesure du diamètre d'un fil dans lequel le pont est équilibré de façon à permettre d'améliorer la précision de mesurer du diamètre d'un fil et à linéariser la traduction en diamètre du fil de la capacité mesurée du condensateur
Cet objet posé est atteint par le fait que dans le procédé de mesure du diamètre d'un fil consistant à placer entre les deux électrodes identiques du transducteur, reliées électriquement entre-elles, un fil à mesurer de façon qu'il soit disposé symétriquement par rapport aux électrodes et forme avec celles-ci, un condensateur pour constituer à son tour avec le secondaire d'un transformateur la branche d'un pont, selon l'invention, avant de disposer entre les électrodes du transducteur le fil à mesurer, on y place, de façon symétrique, un fil étalon de diamètre donné formant avec lesdites électrodes un condensateur, qu'on equilibre le pont, qu'après avoir placé entre les électrodes du transducteur le fil à mesurer on rééquilibre le pont de mesure en déplaçant les électrodes du transducteur ou l'une des électrodes de celui-ci et-le fil a mesurer et qu'on détermine le diamètre du fil à mesurer en fonction de la distance entre les électrodes.The present invention aims to propose a method for measuring the diameter of a wire in which the bridge is balanced so as to make it possible to improve the accuracy of measuring the diameter of a wire and to linearize the translation into diameter of the wire of the measured capacitor capacity
This object is achieved by the fact that in the method of measuring the diameter of a wire consisting in placing between the two identical electrodes of the transducer, electrically connected to each other, a wire to be measured so that it is arranged symmetrically by compared to the electrodes and forms with them, a capacitor to constitute in turn with the secondary of a transformer the branch of a bridge, according to the invention, before placing between the electrodes of the transducer the wire to be measured, symmetrically places a standard wire of given diameter forming therewith a capacitor, which the bridge is balanced, that after placing the wire to be measured between the transducer electrodes, the measuring bridge is rebalanced by moving the electrodes of the transducer or one of the electrodes thereof and the wire to be measured and that the diameter of the wire to be measured is determined as a function of the distance between the electrodes.
De cette façon, le procédé de mesure du diamètre d'un fil selon l'invention permet d'augmenter la précision de mesure du diamètre d'un fil et d'améliorer la qualité du fil fabriqué. In this way, the method of measuring the diameter of a wire according to the invention makes it possible to increase the precision of measuring the diameter of a wire and to improve the quality of the wire produced.
D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaitront à la lecture de la description d'un mode de mise en oeuvre du procédé à titre non limitatif et faite en référence au dessin annexé où la figure unique représente le schéma electrique de principe d'un dispositif pour la mesure du diamètre d'un fil mettant en application un procédé de mesure du diamètre d'un fil selon l'invention. Other objects, advantages and characteristics of the invention will appear on reading the description of an embodiment of the method without limitation and made with reference to the accompanying drawing in which the single figure represents the electrical diagram in principle of a device for measuring the diameter of a wire applying a method of measuring the diameter of a wire according to the invention.
Le dispositif de mesure du diamètre d'un fil mettant en oeuvre le procédé de mesurer du diamètre d'un fil selon l'invention comporte deux électrodes de transducteur 1 et 2, identiques et reliées electriquement entre elles, dont l'une, 2, est reliée à un indicateur de zéro 3 et à un condensateur d'appoint réglable 4 reliés à leur tour au secondaire d'un transformateur 5 dont le primaire est réuni à un générateur 6 de la tension alternative. The device for measuring the diameter of a wire implementing the method for measuring the diameter of a wire according to the invention comprises two identical and interconnected transducer electrodes 1 and 2, one of which, 2, is connected to a zero indicator 3 and to an adjustable back-up capacitor 4 connected in turn to the secondary of a transformer 5, the primary of which is connected to a generator 6 of the alternating voltage.
On place, entre les électrodes l et 2, un fil étalon 7 de diamètre donné relie electriquement au secondaire du transformateur 5 ou un fil à mesurer 8 symbolisé sur le dessin par un trait discontinu et relie électriquement, lui aussi, au secondaire du transformateur 5. A standard wire 7 of given diameter is placed between the electrodes l and 2, electrically connected to the secondary of the transformer 5 or a measuring wire 8 symbolized in the drawing by a broken line and also electrically connected to the secondary of the transformer 5 .
On a ainsi un pont dont l'une des branches est composé des électrodes 1 et 2 du transducteur formant avec le fil étalon 7 ou le fil à mesurer 8, un condensateur et du secondaire du transformateur 59 l'autre branche du pont est constituée par le condensateur d'appoint 4 et le secondaire du transformateur 5, l'indicateur de zéro 3 servant de diagonale. There is thus a bridge of which one of the branches is composed of the electrodes 1 and 2 of the transducer forming with the standard wire 7 or the wire to be measured 8, a capacitor and the secondary of the transformer 59 the other branch of the bridge is constituted by the auxiliary capacitor 4 and the secondary of the transformer 5, the zero indicator 3 serving as a diagonal.
Le procédé de mesure du diamètre d'un fil selon l'invention consiste à placer, symétriquement entre les électrodes 1 et 2 du transducteur, le fil étalon 7 de diamètre donné de façon qu'il forme, avec ces électrodes, un condensateur. Ensuite, on équilibre le pont en réglant la capacité du condensateur d'appoint 4. Ensuite, on place de manière symétrique entre les mêmes électrodes 1 et 2, le fil à mesurer 8 formant, avec celles-ci, un condensateur. Le pont est de nouveau equili- bré par déplacement des électrodes 1 et 2 du transducteur et le diamètre du fil à mesurer 8 est fonction de la distance entre les électrodes 1 et 2. The method of measuring the diameter of a wire according to the invention consists in placing, symmetrically between the electrodes 1 and 2 of the transducer, the standard wire 7 of given diameter so that it forms, with these electrodes, a capacitor. Next, the bridge is balanced by adjusting the capacity of the auxiliary capacitor 4. Then, symmetrically placed between the same electrodes 1 and 2, the measuring wire 8 forming, with these, a capacitor. The bridge is again balanced by displacement of the electrodes 1 and 2 of the transducer and the diameter of the wire to be measured 8 is a function of the distance between the electrodes 1 and 2.
Suivant une autre forme de réalisation particulière du procédé selon l'invention, on équilibre le pont en faisant déplacer l'une des électrodes du transducteur, par exemple l'électrode 1 et le fil à mesurer 8, et on détermine le diamètre du fil à mesurer 8 également à partir de la distance entre les électrodes. According to another particular embodiment of the method according to the invention, the bridge is balanced by moving one of the electrodes of the transducer, for example the electrode 1 and the wire to be measured 8, and the diameter of the wire to be determined is determined. also measure 8 from the distance between the electrodes.
On va maitenant examiner plus en détail les critères de mesure du diamètre d'un fil selon l'invention. We will now examine in more detail the criteria for measuring the diameter of a wire according to the invention.
La capacité du condensateur du transducteur en présence du fil etalon 7 a pour expression:
où:
E est la constante diélectrique;
2l1 est la distance séparant les électrodes 1 et 2 du transducteur;
2r1 est le diamètre du fil étalon 7.The capacity of the transducer capacitor in the presence of standard wire 7 has the expression:
or:
E is the dielectric constant;
2l1 is the distance between electrodes 1 and 2 of the transducer;
2r1 is the diameter of the standard wire 7.
Après l'équilibrage du pont et la mise dans le transducteur du fil à mesurer 8, la capacité du condensateur s'exprime par la formule:
où:
212 est la distance entre les electrodes 1 et 2 du transducteur;
2r2 est le diamètre du fil à mesurer 8.After balancing the bridge and placing the measuring wire 8 in the transducer, the capacitance of the capacitor is expressed by the formula:
or:
212 is the distance between electrodes 1 and 2 of the transducer;
2r2 is the diameter of the wire to be measured 8.
On rééquilibre le pont en faisant déplacer les électrodes 1 et 2 du transducteur, ou l'une des électrodes 1 du transducteur et le fil à mesurer 8, jusqu'à obtenir C1 = C2. Le diamètre du fil 8 est ensuite déterminé en fonction de la distance entre les électrodes 1 et 2 à partir de l'expression.
The bridge is rebalanced by moving the electrodes 1 and 2 of the transducer, or one of the electrodes 1 of the transducer and the wire to be measured 8, until C1 = C2. The diameter of the wire 8 is then determined as a function of the distance between the electrodes 1 and 2 from the expression.
Le procédé de mesurer du diamètre d'un fil selon l'invention permet d'améliorer la précision de mesure du diamètre d'un fil. Par exemple dans la plage des diamètres compris entre 1 pm et 300 um, l'erreur relative de mesure du diamètre d'un tel fil ne dépasse les 0,2%, et pour un diamètre du fil de 300 pm et au-del elle est de 0,07%. The method of measuring the diameter of a wire according to the invention makes it possible to improve the accuracy of measuring the diameter of a wire. For example in the range of diameters between 1 μm and 300 μm, the relative error in measuring the diameter of such a wire does not exceed 0.2%, and for a wire diameter of 300 μm and beyond is 0.07%.
Ainsi l'erreur absolue de la mesure d'un fil de 10 um de diamètre est de 0,02 um. Thus the absolute error of the measurement of a wire of 10 µm in diameter is 0.02 µm.
La grande rapidité de mesure, associée à une précision élevée, permet d'abandonner le procédé de pesage utilisé actuellement pour la mesure du diamètre d'un fil, d'améliorer sensiblement la qualité du fil fabriqué, de réduire le temps de mesure, d'augmenter la productivité de l'équipement, de remplacer en temps utile les filières au cours du tréfilage car l'usure d'un filière peut se juger sur le diamètre de fil. The high speed of measurement, combined with high precision, makes it possible to abandon the weighing process currently used for measuring the diameter of a wire, to significantly improve the quality of the wire produced, to reduce the measurement time, d 'increase the productivity of the equipment, replace the dies in good time during the drawing process because the wear of a die can be judged on the wire diameter.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés et elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. Of course, the invention is not limited to the embodiments described and shown and it is capable of numerous variants accessible to those skilled in the art, without departing from the spirit of the invention. 'invention.
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