Opis patentowy opublikowano: 31.01.1979 99346 CZY ihLNlAl Lr-edu Patentowego Int. Cl2. G01B 7/06 Twórca wynalazku: Witold Tomaszewski Uprawniony z patentu : Zjednoczone Zaklady Urzadzen Jadrowych „Polon", Zaklad Urzadzen Przemyslowych, Kraków (Polska) Uklad z automatyczna korekcja bledu pomiarowego od temperatury do termoelektrycznego pomiaru grubosci powlok galwanicznych, zwlaszcza niklowych Wynalazek dotyczy ukladu z automatyczna korekcja bledu pomiarowego od temperatury do termoelektrycznego pomiaru grubosci powlok galwanicznych, zwlaszcza niklowych.Dotychczas znane mierniki do termoelektrycznego pomiaru grubosci powlok galwanicznych pozwalaja na latwy, nieniszczacy pomiar w warunkach laboratoryjnych. Mimo, ze uklady elektroniczne znanych mierników pozwalaja na prace w duzym zakresie zmiennosci temperatury otoczenia oraz napiecia zasilania, to jednak ze wzgledu na przyjeta metode pomiaru wymagana jest stalosc temperatury otoczenia, która uzyskuje sie jedynie w warunkach laboratoryjnych. Azeby uwidocznic z jakimi elementami bledu pomiarowego nalezy liczyc sie przy termoelektrycznym sposobie pomiaru grubosci powlok galwanicznych opisano ponizej zjawisko wystepujace w procesie pomiarowym.W momencie, gdy do powloki niklowej zostai.ie przylozony czujnik w postaci stalowej elektrody o odpowiednio wysokiej temperaturze, miedzy elektroda a metalowym podlozem przedmiotu wytworzy sie sila elektromotoryczna zalezna od grubosci warstwy niklu. Sila ta stanowiaca sygnal wyjsciowy czujnika jest wektorowa suma dwóch napiec: napiecia termopary „stal-nikiel" zaleznego od róznicy temperatur miedzy zewnetrzna powloka niklu a goraca stalowa elektroda czujnika, oraz napiecia termopary „nikiel-metal podloza" zaleznego od róznicy temperatur miedzy metalem podloza a warstwa niklu. Istotnym z punktu widzenia pomiaru grubosci niklu jest to drugie napiecie, gdyz im grubsza jest warstwa niklu, tym dluzsza jest droga przewodzenia ciepla z nagrzanej elektrody, tym mniejsza jest róznica temperatur i nizsze jest napiecie termopary „nikiel-metal. podloza".Napiecie pierwsze nie zalezy od grubosci powloki i jest w kazdym znanym ukladzie kompensowane mostkiem kompensacyjnym. Tak wiec sygnal wyjsciowy czujnika, po skompensowaniu jest proporcjonalny do grubosci niklu. Warunkiem proporcjonalnosci tak dzialajacego czujnika jest stalosc róznicy temperatur miedzy2 99 346 nagrzana elektroda czujnika a metalem podloza znajdujacym sie w momencie pomiaru w temperaturze otoczenia.W ukladach znanych mierników zbudowanych np.: woparciu o patent nr 63943 oraz patent tymczasowy nr 73042 stalosc róznicy temperatur uzyskuje sie poprzez nagrzewanie stabilizowanym pradem, grzejnika umieszczonego w duzym miedzianym bloku akumulacyjnym obejmujacym stalowa elektrode pomiarowa czujnika. Oczywistym warunkiem stalosci róznicy temperatur jest wtedy stalosc temperatury otoczenia, co w normalnych warunkach pomiarowych jest trudne do spelnienia.Przy zmianach temperatury otoczenia, gdy zmienia sie róznica temperatur, uklady wymagaja korekcji w mostku kompensacyjnym i w czesci wzmacniajacej. Ponadto przy stalej temperaturze otoczenia, po wykonaniu pomiaru, uzytkownik musi odczekac okolo 1 minuty, gdyz temperatura elektrody pomiarowej obniza sie na skutek odprowadzenia pewnej ilosci ciepla do mierzonego przedmiotu i przed ponownym pomiarem temperatura elektrody musi wrócic do poprzedniego stanu ustalonego.Zjawiska te utrudniaja szybkosc i dokladnosc pomiarów oraz stwarzaja, przy niefachowej obsludze, mozliwosc popelnienia grubych bledów pomiarowych.Celem wynalazku jest usuniecie wyzej opisanych niedogodnoscia, uniezaleznienie dokladnosci wskazan od zmian temperatury otoczenia oraz zwiekszenie czestosci wykonywania pomiarów, przy równoczesnej eliminacji korekcji kompensacji i wzmocnienia. Umozliwi to dalszy postep w termoelektrycznej metodzie pomiarowej, stanowiacej podstawowa metode przy okreslaniu grubosci galwanicznych powlok niklowych* Powyzszy cel zostal osiagniety przez wprowadzenie do ukladu miernika grubosci powlok galwanicznych mostka pomiarowego róznicy temperatur otoczenia i goracej elektrody. Mostek zbudowany jest z szeregowo polaczonych termistorów zbocznikowanych potencjometrem. Wyjscia tego mostka polaczone sa bezposrednio z wejsciami inwersyjnym i nieinwersyjnym wzmacniacza operacyjnego. Wzmacniacz ten pracuje z otwarta petla ujemnego sprzezenia zwrotnego. W obwodzie wyjsciowym wzmacniacza operacyjnego wlaczony jest tranzystor kluczujacy, który bezposrednio steruje przeplywem impulsów pradowych ogrzewajacych grzejnik czujnika termoelektrycznego.Techniczno-uzytkowe zalety wynalazku polegaja na umozliwieniu - w oparciu o wynalazek — budowy urzadzenia pomiarowego nawet przenosnego (polowego) do duzej dokladnosci pomiaru, niezaleznej od warunków zewnetrznych, nie wymagajacego okresowych korekcji kompensacji i wzmocnienia umozliwiajacego dowolna czestosc wykonywania pomiarów. Te zalety wynalazku wynikaja przede wszystkim z wprowadzenia ukladu automatycznej regulacji stalej róznicy temperatur elektrody pomiarowej i otoczenia w optymalnó czasowej wersji regulatora.Dodatkowa zaleta wynalazku jest minimalizacja czasu ustalania sie stalej róznicy temperatur wynikajaca z zasady pracy optymalnó czasowego regulatora typu „cala naprzód" — „cala wstecz".Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykladzie wykonania na fig. 1, która przedstawia uklad blokowo funkcjonalny oraz na fig. 2, która przedstawia elektroniczna realizacje zasady z fig. 1.Uklad blokowo funkcjonalny sklada sie z dwóch podstawowych podzespolów: stolika pomiarowego „Sp" i wlasciwego przyrzadu pomiarowego „Pp". Glównymi elementami stolika pomiarowego „Sp" sa: czujnik termoelektryczny „C" oraz uklad elektronicznego regulatora róznicy temperatur zbudowanego z mostka „to", „tp", „P", róznicowego wzmacniacza operacyjnego „O", tranzystorowego klucz;: „T" sterujacego impulsami pradu grzejacego stalowa elektrode. Uklad wlasciwego przyrzadu pomiarowego „Pp" zawiera kompensator „K", wzmacniacz pradu stalego z przetwarzaniem „W", miernik „E" oraz zasilacz „Uz". Czujnik pomiarowy „c" stanowiacy zasadnicza czesc czujnika termoelektrycznego „C" zbudowany jest w postaci aluminiowego karkasu „b" z nawinietym na nim uzwojeniem grzejnika oporowego „g". Wewnatrz aluminiowego karkasu umieszczona jest stalowa elektroda pomiarowa „e" i równolegle do niej przymocowany jest termistorowy czujnik temperatury elektrody „to". Plyta pomiarowa „p" - drugi zasadniczy element czujnika termoelektrycznego „C" sluzaca do zapewnienia elektrycznego polaczenia metalu podloza z ukladem pomiarowym i znajdujaca sie w temperaturze otoczenia^ posiada umieszczony wewnatrz termistorowy czujnik temperatury otoczenia „tp". Szeregowo polaczone czujniki termistorowe temperatury elektrody „to" i temperatury otoczenia „tp", tworza wraz z równolegle do nich dolaczonym potencjometrem „P" znany mostek oporowy, którego sygnal wyjsciowy jest proporcjonalny do róznicy temperatur przy metodzie wychylowej, oraz wynosi zero dla ustalonej róznicy temperatur przy metodzie zerowej.Mostek zasilany jest poprzez dwa rezystory „r" ograniczajace prad czujników. Potencjometrem „F* dobiera sie zadana róznice temperatur. Przyjeta w ukladzie zerowa zasada pracy mostka uniezaleznia dokladnosc ukladu od zmian napiecia zasilajacego „±Uz" doprowadzonego do stolika pomiarowego „Sp" dlugim, przewodem zasilajacym „Pz".Symetryczne zasilanie róznicowego wzmacniacza operacyjnego „O" pozwala na uniezaleznienie jego pracy, w charakterze detektora zera, od zmian napiecia zasilajacego „±Uz". Dzialanie calosci ukladu regulacji stalej99 346 3 róznicy temperatur polega na wykorzystaniu wspólpracy mostka pomiarowego z róznicowym wzmacniaczem operacyjnym „O" wykrywajacym moment przejscia napiecia przez wartosc zerowa, W momencie wzrostu ustalonej róznicy temperatur na wyjsciu mostka pojawia sie napiecie ujemne . i wzmacniacz „O" na wyjsciu nasyca sie do maksymalnej wartosci dodatniej zatykajacej klucz „T\ który odcina prad grzejnika „g". Gdy róznica temperatur zmniejszy sie w stosunku do wartosci ustalonej nastawa „P", na wyjsciu mostka pojawi sie napiecie dodatnie i wzmacniacz „O" na wyjsciu nasyci sie do maksymalnej wartosci ujemnej otwierajacej klucz „T\ który zalaczy forsowany prad do grzejnika „g'\ Czulosc ukladu jest bardzo duza, gdyz wzmacniacz operacyjny pracujacy bez ujemnego sprzezenia zwrotnego ma wzmocnienie ok. 50000 razy i minimalna wartosc dodatnia lub ujemna na jego wejsciu powoduje natychmiastowe przejscie napiecia wyjsciowego z maksymalnej wartosci ujemnej do maksymalnej wartosci dodatniej. Stabilnosc takiego ukladu zapewnia ujemne sprzezenia zwrotne realizowane poprzez element ogrzewany „g'\ Duza szybkosc nagrzewania sie elektrody do ustalonej róznicy temperatur wynika z 34crotnego forsowania mocy doprowadzonej do grzejnika. PL