RU1529873C - Способ Б.П.Фридмана толщинометрии стенок пустотелых немагнитных изделий с затрудненным доступом в полость и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Description

1

(21)4320942/28 (22)23.10.87 (46)07.05.93. Бюл. N 17

(71)Уфимский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе

(72)Б.П.Фридман

(56)Авторское свидетельство СССР rvfc 445825, кл. G 01 В 7/06, 1972.

Авторское свидетельство СССР № 223375, кл. G 01 В 7/06, 1966.

Авторское свидетельство СССР N3 937996. кл. G 01 В 7/06, 1979. (54) СПОСОБ Б.П.ФРИДМАНА ТОЛЩИНО- МЕТРИИ СТЕНОК ПУСТОТЕЛЫХ НЕМАГНИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ С ЗАТРУДНЕННЫМ ДОСТУПОМ В ПОЛОСТЬ и УСТРОЙСТВО дл  ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

(57)Изобретение относитс  к измерительной технике оперативного профильного контрол  обширного класса сложноконфи- гурационных полых изделий из различного вида диэлектрических материалов дл  лабораторного оборудовани ,химической, электронной , светотехнической и других отраслей промышленности. Цель изобрете-. ни  - повышение производительности и точности - обеспечиваетс  тем, что катушка преобразовател , образующа  совместно с конденсатором колебательный контур, устанавливаетс  своей осью по нормали к поверхности подлежащего контролю участка стенки пустотелого издели , полость которого предварительно заполн етс  вспомогательным агентом - легкоплавким жидким сплавом (например, 18,1 % инди , 41 % висмута . 22,1% свинца, 10,6% олова и 8,2% кадми ) или сплавом Вуда, или легкоплавким металлом. При этом толщина стенки полого издели  на контролируемом его участке определ етс  по изменению текущего значени  резонансного сопротивлени  колебательного LC-контура, автоматически измер емого электронным блоком, содержащим последовательно включенные регулируемый усилитель переменного тока с электрическим входом, усилитель-ограничитель и усилитель мощности, выход которого параллельно св зан как с входом регулируемого усилител  с приключенным к нему LC-контуром через балластно-ограничи- тельный резистор, так и непосредственно с резистивным делителем. Потенциометриче- ский выход делител  соединен с одним из входов блока сравнени , св занного другим своим входом с входом усилител -ограничител , а выходом - с детектором, к выходам которого подключены выходной индикатор и самописец. При перемещении по поверхности контролируемого издели  преобразовател  в соответствии с изменением толщины стенки издели  мен етс  как интенсивность токов, наводимых переменным полем катушки преобразовател  в вспомогательном агенте, так и интенсивность встречного магнитного пол , создаваемого наведенными в агенте токами, которое про- тивофазно переменному полю преобразовател . При этом в зависимости от толщины стенки издели  и от соответствующей реакции агента измен ютс  настройка и текущее значение резонансного сопротивлени  LC- контура. В ходе измерений обеспечиваетс  автоматические поддержание строгой син- фазности между сопоставл емыми в блоке сравнени  фиксированным по высоте меандром , поступающим с выхода делител  на второй вход блока сравнени , и переменным сигналом девиируемой частоты и уровн , параллельно поступающим с выхода регулируемого усилител  на вход усилител - ограничител  и на первый вход блока срав- нени . 2. с.п, и 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

сл

с

сл го ю

00 V4 Сл5

Изобретение относитсл к измерительной технике и может быть использовано дл  неразрушающего профильного контрол  тонкостенных сосудов сложной формы из материалов с высокой диэлектрической посто нной .

Целью изобретени   вл етс  повышение точности и производительности за счет возможности автоматизации измерений, обеспечени  их непрерывности при перемещени х преобразовател  вдоль произвольно заданного контура на поверхности контролируемого издели , а также обеспечение универсального общего масштаба отсчета результирующих показаний непосредственно в единицах контролируемого параметра (толщины) дл  обширного класса изделий из однородных, композиционных и многослойных диэлектрических материалов при повышенной простоте, удобстве и минимальной трудоемкости измерени  и упрощение процесса эвакуации агента из полости издели .

На чертеже представлена схема измерени  толщины стенок полых диэлектрических изделий.

Схема включает контролируемое полое изделие 1. которое заполнено жидким агентом 2, обладающим электропровод щими свойствами, соответствующими таковым у металлов.

В качестве вспомогательных агентов- заполнителей, вводимых в полость контролируемого издели  в зависимости от материала и свойств исследуемых объектов, а также в зависимости от конкретных условий профильного контрол , могут примен тьс  сплав инди , например 18,1 % инди , 41% висмута, 22,1% свинца, 10,6% олова и 8,2% кадми , сплав Вуда или другие низкотемпературные сплавы и металлы.

К элементу внешней поверхности подлежащего измерению участка 3 стенки контролируемого издели  1 подводитс  экранированна  катушка 4 измерительного преобразовател , образующа  совместно с конденсатором 5 колебательный LC-контур.

Катушка 4 может быть снабжена незамкнутым магнитопроводом б, выполненным в виде тонкостенной цилиндроконической гильзы из оксифера с центральным сердеч- НИКОМ, ось которого при измерении ориентируют вдоль нормали к поверхности издели  на контролируемом участке. Катушка 4 намотана литцендратом (многожильным посеребренным приводом с изолированными волокнами) и с помощью коаксиального кабел  7 соедин етс  с входом электронного блока 8.

Магнитопровод 6 выполнен из высокочастотного ферритодиэлектрика. обладаю0

щего магнитной проницаемостью // 10 и минимальными гистерезисными потер ми , в частности из оксифера.

Электронный блок 8 состоит из регулируемого усилител  9 переменного тока, выполненного с электрометрическим высокоомным полевым входом, соединенным с помощью коаксиального кабел  7 с колебательным LC-кон- туром. Выход усилител  9 соединен с последовательно включенными двусторонним усилителем-ограничителем 10 и усилителем 11 мощности, выход которого параллельно св зан как с входом усилител  9 и колебательным LC-контуром через балластно-ограничитель- 5 ный резистор 12, так и с переменным резистив- ным делителем из сопротивлени  13 и потенциометра 14,

Выход делител  присоединен к входу блока 15 сравнени , другой вход которого подключен к точке соединени  усилител  9 с усилителем-ограничителем 10. При этом выход блока 15 сравнени  через детектор 16 св зан с входами индикатора 17 и самописца 18 регистрирующего блока.

Способ толщинрметрии с помощью устройства осуществл етс  следующим образом .

Перед проведением измерений производ т исходную предварительную балансировку измерительной системы, при которой колебательный LC-контур измерительного преобразовател  отдел ют от металлической массы, а потенциометром 14 устанавливают исходное нулевое показание выходного индикатора 17.

В таком исходно, установленном состо нии устройства генерируемые им гармонические автоколебани , поступающие с выхода усилител  9 на вход блока 15 сравнени , компенсируютс  противопол рным симметричным П-образным сигналом (меандром ), воздействующим с выхода потенциометра 14 резистивного делител  на правый вход блока 15, в результате чего выходное напр жение детектора 16 и соответственно показание индикатора 17 равны нулю.

Когда катушку 4 устанавливают по нормали к элементу поверхности исследуемого издели  1 у его контролируемого участка 3, эквивалентна  добротность и соответственно эквивалентное резонансное сопротивление колебательного LC-контура измен ютс  в зависимости от толщины стенки издели  1 на каждом из его контролируемых участков, что св зано с изменением реакции, вносимой жидким электропровод щим агентом 2 в переменное магнитное поле катушки 4, которое, замыка сь через массу жидкого (или затвердевшего) металлического агента пронизывает стенку издели  1 на контро

0

5

0

5

0

5

0

5

лируемом участке 3, прилегающую к контролируемому участку стенки издели  со стороны его полости.

Поскольку интенсивность вихревых токов определ етс  рассто нием катушки 4 от поверхности агента, а также интенсивность встречного противофазного магнитного пол , которое воздействует на катушку 4 и вызвано наведенными в агенте 2 вихревыми токами,  вл етс  функцией рассто ни  от катушки 4 до противолежащего ему участка поверхности агента 2, величина эквивалентного резонансного сопротивлени  колебательного LC-контура 5 будет непосредственно зависеть от толщины стенки издели  1 на каждом из его контролируемых участков 3.

При этом зависимость между толщиной стенки издели  и величиной эквивалентного резонансного сопротивлени  LC-контура имеет однонаправленный характер, т.е. с уменьшением толщины измер емой стенки величина эквивалентного резонансного сопротивлени  колебательного контура падает .

Если в исходно установленном состо нии измерительной системы, когда отсутствует реакци  контролируемого издели  1 с агентом 2 на катушку 4, предварительно установленное положение потенциометра 14 обеспечивает нулевое показание выходного индикатора 17, чему соответствует взаимное компенсирующее воздействие на блок 15 сравнени  переменного сигнала, поступающего с выхода усилител  9, и меандра , поступающего с потенциометра 14, то при установке катушки 4 у подлежащего контролю участка 3 под вли нием воздействующего на катушку 4 переменного магнит- ного противотока, создаваемого индуктированными в агенте 2 вихревыми токами, эквивалентное резонансное сопротивление LC-контура падает по сравнению с его исходным значени ем.

Поскольку двусторонний усилитель-ограничитель 10 имеет строго фиксированные пороги ограничени  поступающих на его вход гармонических сигналов, то с выхода усилител -ограничител  10 на вход усилител  11 мощности поступает симметричным П-образный периодический сигнал (меандр) посто нного уровн  при значительных отклонени х как амплитуды, так и частоты сигнала , поступающего с LC-контура на вход усилител  9, а также при соответствующих амплитудно-частотных отклонени х многократно усиленного усилителем 9 сигнала, поступающего на вход усилител -ограничител  10.

Соответственно с выхода усилител  11 мощности на делитель напр жени  из сопротивлени  13 и потенциометра 14 и н  комплексный делитель напр  ;ени , образованный резистором 12 и колебательным LC-контуром преобразовател , при значи- 5 тельных амплитудно-частотных отклонени х гармонического сигнала, поступающего на вход усилител  9, поступает меандр посто нной высоты, из которого колебаталь- ным LC-контуром выдел етс  перва 

0 гармоническа  составл юща .

При этом, если установленный потенциометром 14 при исходной балансировке устройства уровень меандра, поступающего с

5 выхода потенциометра 14 на вгорой вход блока 15 сравнени  остаетс  и при измерени х неизменным, то в процессе проводимых измерений, когда под вли нием противофазного встречного переменного

0 магнитного пол  (вызванного наведенными в металлическом агенте 2 вихревыми токами ) измен етс  эквивалентное резонансное сопротивление колебательного LC-конгура, уровень выдел емой этим контуром из ме5 андра первой гармонической компоненты измен етс  пропорционально толщине стенки контролируемого издели  1 на измер емом участке 3, вследствие чего амплитуда переменного сигнала, поступающего с выхода усилител  9 на первый вход блока 15 сравнени , уменьшаетс  по сравнению с исходной амплитудой этого сигнала, дл  которого была проведена предварительна  балансировка системы (потенциометром 14)

0 при ненагруженном преобразоввтеле до проведени  измерений,

В результате этого в процессе проводимых измерений перемещению катушки 4

5 преобразовател  по поверхности контролируемого издели  1, заполненного металлическим агентом 2, соответствует различна  степень рассогласовани  между уровнем

5 посто нного по высоте меандра, поступающего с потенциометра 14 на правый вход блока 15 сравнени , и уровнем переменного сигнала, поступающего с входа двустороннего усилител -ограничител  10 на первый

0 вход блока 15.

При сопутствующем измерени м рассогласовании варьируемой в соответствии с толщиной контролируемой стенки издели  5 амплитуды переменного сигнала на первом входе блока 15, а также фиксированного по высоте (уровню) меандра, подаваемого на второй вход блока 15, с выхода последнего на вход детектора 16 поступает пеоиоличр- ски повтор ющийс  разностный импульсный сигнал, который после выпр млени  и фильтрации детектора 16 воздействует на выход- ной индикатор 17 и на самописец 18.

При любых изменени х действующих параметров колебательного LC-контура преобразовател  (при сопровождающих процесс измерений девиаци х текущих значений как эквивалентного резонансного сопротивлени  и действующей добротности LC-контура, так и его текущей резонансной настройки) измерительной системой обеспечиваетс  автоматическое поддержание строгой синфазности обоих подлежащих сопоставлению противопол рных сигналов, поступающих на первый и второй входы блока 15 сравнени .

Этим обеспечиваетс  повышенна  четкость и однозначность сопоставлени  переменных сигналов в блоке 15 и повышенна  разрешающа  способность всех проводимых системой измерений.

Кроме возможности подключени  к выходу детектора 16 самописца 18, регистрирующего графические результаты контрол , измерительна  система обеспечивает также универсальность шкалы выходного индикатора 17 дл  обширного класса диэлектрических изделий с выдачей этим индикатором результатов проводимых измерений непосредственно в единицах контролируемого параметра.

При плавном перемещении преобразовател  вдоль любого участка или произвольно зад нного контура по поверхности контролируемого полого издели  самописцем 18 регистрируетс  соответствующа  профилограмма, графически иллюстрирующа  характер изменени  толщины стенки издели  вдоль исследуемого участка или контура.

Высока  разрешающа  способность измерений сочетаетс  при этом с оперативной гибкостью и технологическим удобством ие- разрушающего профильного контрол  сложноконфигурационных полых изделий с особо затрудненным доступом в полость.

Вспомогательный жидкий агент Q виде легкоплаоко о металла или сплава, вводимый в полость издели , служит дл  формировани  встречного переменного магнитного потока. г1ротиБО {)азного первичному переменному магнитному полю, излучаемому катушкой измерительного датчика, установленного на внешней поверхности издели .

Испытани  способа и реализующего его устройстве показали, что шкала выходного индикатора 17, предварительно отградуированна  по образцам сосудов с калиброванными толщинами стенок, выполненных из какого-либо одного диэлектрика, остаетс  полностью справедливой дл  непосрсд- стоенного отсчета толщины при контроле

обширной номенклатуры серийных и нестандартных полых изделий сложной формы , выполненных из диэлектрических материалов произвольного состава и струк5 туры с особо усложненным доступом внутрь полости, в частности секционированных тонкостенных кварцевых сосудов, колб со змеевиками, гофрированных спиралей, тонких сосудоа сложной конфигурации дл  ла0 бораторного оборудовани  в химической, светотехнической отрасл х промышленности , Саллонов дл  фотоэлектронных, ионных и электронно-лучевых приборов.

При этом общий масштаб отсчета пока5 заний непосредственно в единицах контролируемого параметра, определ ющий универсальность шкалы, а также высока  оперативность и разрешающа  способность измерений дл  обширного класса

0 сложноконфигурационных полых изделий, обеспечивает также оысокоразрешающий профильный контроль полых конструкций сложной формы из композиционных диэлектриков произвольного состава, толщино5 метрию многослойных стенок, выполненных из различающихс  по химической структуре электроизол ционных материалов , профильный контроль изделий из фибергласса, стеклотекстолита, стирофлек0 са, р да композиционных полимеров, керамики , радиофарфрра, искусственных смол, кварцевого стекла, фа нса и множества других материалов.

Погрешность измерений в зависимости

5 от конкретных условий контрол  не превышает 1-3%,

Claims (4)

1.Способ толщинометрии стенок пустотелых немагнитных изделий с затруднен0 ным доступом в полость, заключающийс  в том, что на внешней поверхности контролируемого издели  устанавливают ка 1 ушку измерительного датчика, включенного в колебательный контур, а полость контроли5 руемого издели  заполн ют жидким вспомогательным агентом и толщину определ ют по изменению параметра колебательного контура, отличаю- щ и и,с   тем, что, с целью повышени 

0 производительности и точности при толщинометрии стенок неэлектропровод щих изделий , D качестве вспомогательного агента используют легкоплавкий металл или сплав, а в качестве информативного параметра

5 контура принимают изменение его эквивалентного резонансного сопротивлени .

2.Способ по Л.1, отличающийс  тем, что в качестве вспомогательного агента

пользуют сплао инди .

3.Способ по п. 1,отличающимс  тем, что в качестве вспомогательного агента используют сплав Вуда.

4.Устройство дл  толщинометрии стенок пустотелых немагнитных изделий с затрудненным доступом в полость, содержащее индуктивный преобразователь , включенный в колебательный контур, отличающеес  тем, что. с целью повышени  производительности и точности , оно снабжено последовательно соеди

ненными регулируемыми усилителем, бле ком сравнени , детектором и регистрирую щим блоком, а также подключенными х выходу регулируемого усилител  последовательно соединенными усилителем-ограничителем , усилителем мощности и делителем напр жени , выход которого соединен с вторым входом блока сравнени , а выход усилител  мощности соединен через резистор с входом регулируемого усилител .

.J