RU1827529C

RU1827529C - Superposed induction converter

Info

Publication number: RU1827529C
Application number: SU914921259A
Authority: RU
Inventors: Эдуард Эрвинович Марк
Original assignee: Специальное Конструкторское Бюро По Проектированию Приборов И Средств Автоматизации
Priority date: 1991-03-21
Filing date: 1991-03-21
Publication date: 1993-07-15

Abstract

Изобретение относитс к контрольно- измерительной технике, а именно к устройствам дл измерени толщины различных покрытий на металлических основах Цель изобретени - повышение точности и чувствительности - достигаетс благодар тому, что накладной индуктивный преобразователь толщиномера, содержащий излучающую катушку радиусом RM, приемную катушку и металлический компенсатор, установленный с возможностью перемещени вдоль оси излучающей катушки, снабжен второй идентичной приемной катушкой , приемные катушки установлены симметрично с двух сторон от оси излучающей катушки так, что их центры расположе- ны от оси излучающей катушки на рассто нии (0,3-1,6) RM, плоскости их витков перпендикул рны плоскост м витков излучающей катушки, а оси лежат на пр мой, смещенной от центра излучающей катушки к нерабочему торцу, а компенсатор выполнен в виде плоской пластины, установленной у нерабочего торца преобразовател . 1 з.п. ф-лы, 5 ил. сл сThe invention relates to a control and measuring technique, namely, devices for measuring the thickness of various coatings on metal substrates The purpose of the invention is to increase the accuracy and sensitivity due to the fact that the overhead inductive transducer of the thickness gauge contains a radiating coil with a radius of RM, a receiving coil and a metal compensator installed with the possibility of movement along the axis of the radiating coil, equipped with a second identical receiving coil, receiving coils are installed symmetrically on both sides of the axis of the radiating coil so that their centers are located from the axis of the radiating coil at a distance of (0.3-1.6) RM, the planes of their turns are perpendicular to the planes of the turns of the radiating coil, and the axes lie on mine, offset from the center of the radiating coil to the non-working end, and the compensator is made in the form of a flat plate mounted at the non-working end of the converter. 1 s.p. f-ly, 5 ill. next to

Description

Изобретение относитс к контрольно- измерительной технике, а именно к устройствам дл измерени толщины различных покрытий на металлических основах.The invention relates to a measurement and control technique, and in particular, to devices for measuring the thickness of various coatings on metal substrates.

Цель изобретени - повышение чувствительности , точности измерени и удобства эксплуатации.The purpose of the invention is to increase sensitivity, measurement accuracy and ease of use.

На фиг. 1 представлена конструкци накладного индуктивного толщиномера; на фиг. 2, 3, 4 приведены варианты схем расположени элементов накладного индуктивного преобразовател толщиномера; на фиг. 5 - характеристики зависимости амплитудных значений, воспринимаемых приемнымиIn FIG. 1 shows the construction of an overhead inductive thickness gauge; in FIG. 2, 3, 4 show variants of arrangement of elements of an overhead inductive transducer of a thickness gauge; in FIG. 5 - characteristics of the dependence of the amplitude values perceived by the receiving

катушками сигналов от толщины покрыти металлической основы.coils of signals from the coating thickness of the metal base.

Накладной индуктивный преобразователь толщиномера (фиг. 1, 2, 3 и 4) содержит излучающую катушку 1 с центром 2, намотанную вдоль оси 3, приемные катушки 4 и 5. включенные последователь встречно.с соответствующим центрами 6 и 7, намотанные вдоль оси 8 и установленные на рассто нии 9 относительно центра 2 по разные стороны от него так. что они наход тс в контуре излучающей катушки 1, или охватывают его, или выход т за его пределы, а также металлический компенсатор 10 диаметром 11The laid on inductive transducer of the thickness gauge (Figs. 1, 2, 3, and 4) contains a radiating coil 1 with a center 2 wound along axis 3, receiving coils 4 and 5. the follower is turned on counterclockwise with corresponding centers 6 and 7, wound along axis 8 and set at a distance of 9 relative to the center 2 on different sides of it like this. that they are in the circuit of the radiating coil 1, or cover it, or go beyond it, as well as a metal compensator 10 with a diameter of 11

0000

ю,Yu,

МM

:СЛ: SL

Ю i4Yu i4

толщиной 12. Излучающа катушка 1 установлена так, что ее плоскость 13 параллельна плоскости металлической основы 14 с покрытием 15, Оси 3 и 8 взаимоперпендикул рны . Плоскость металлического компенсатора 10 параллельна плоскости 13 излучающей катушки 1, Металлический компенсатор 10 установлен с возможностью его осевого перемещени в направлении 16 к излучающей катушке или от нее. Металлический компенсатор 10 и металлическа основа 14 расположены на противоположных сторонах преобразовател .12. thick. The radiating coil 1 is mounted so that its plane 13 is parallel to the plane of the metal base 14 with the coating 15, Axes 3 and 8 are mutually perpendicular. The plane of the metal compensator 10 is parallel to the plane 13 of the radiating coil 1. The metal compensator 10 is mounted with the possibility of axial movement in the direction 16 to or from the radiating coil. The metal compensator 10 and the metal base 14 are located on opposite sides of the transducer.

Проведенные исследовани показали, что у накладного индуктивного преобразовател толщиномера (фиг. 2, 3, 4) в отличие от известных конструкций преобразователей , использующих две приемные катушки, включенные последовательно встречно, взаимоиндуктивна св зь между излучающей и приемными катушками значительно меньше. Наименьшее значение она имеет (фиг. 3), когда ось 8, вдоль которой намотаны приемные катушки и котора соедин ет их центры 6 и 7, проходит через центр 2 излучающей катушки и лежит в ее плоскости 13. Это позвол ет использовать приемные катушки с большим числом витков, т.е. с большой индуктивностью, тем самым повышает его чувствительность. Повышению чувствительности способствует и то, что обе приемные катушки непосредственно участвуют в приеме сигнала от основы. При этом, если сигнал, воспринимаемый от основы 14, имеет один знак, то сигнал, воспринимаемый от металлического компенсатора 10, - противоположный , т.е. с противоположных сторон от плоскости 13 излучающей катушки 1, приемными катушками 4 и 5 от одной и той же основы воспринимаютс сигналы с противоположными знаками. Это позволило создать такую конструкцию накладного индуктивного преобразовател толщиномера , в котором при отсутствии покрыти на основе выходной сигнал отсутствует, а с увеличением толщины покрыти он увеличиваетс . Поскольку исключаетс необходимость примен ть дополнительные специальные схемы дл компенсировани сигнала от металлической основы без покрыти , повышаетс точность проводимых измерений за счет исключени погрешностей , вносимых дополнительными схемами. В то же врем точность измерений повышаетс в результате того, что возможно увеличивать крутизну выходного сигнала преобразовател как за счет повышени его чувствительности, увеличива индуктивность приемных катушек, так и за счет имеющейс возможности усилени выходного сигнала. Особенно это важно при измерении тонких покрытий.Studies have shown that, on a surface mounted inductive transducer, a thickness gauge (Figs. 2, 3, 4), in contrast to the known constructions of transducers using two receiving coils, connected in series with one another, the mutual inductive coupling between the radiating and receiving coils is much smaller. It has the least value (Fig. 3) when the axis 8, along which the receiving coils are wound and which connects their centers 6 and 7, passes through the center 2 of the radiating coil and lies in its plane 13. This allows the use of receiving coils with a large number of turns, i.e. with high inductance, thereby increasing its sensitivity. The increase in sensitivity is also facilitated by the fact that both receiving coils are directly involved in receiving a signal from the base. Moreover, if the signal perceived from the base 14 has one sign, then the signal perceived from the metal compensator 10 is the opposite, i.e. Signals with opposite signs are received from opposite sides of plane 13 of radiating coil 1, receiving coils 4 and 5 from the same base. This made it possible to create a design of an overhead inductive transducer of a thickness gauge in which, in the absence of a coating, the output signal is absent, and with an increase in the coating thickness it increases. Since it eliminates the need to use additional special circuits to compensate for the signal from the metal base without coating, the accuracy of the measurements is increased by eliminating the errors introduced by the additional circuits. At the same time, the accuracy of measurements is improved as a result of the fact that it is possible to increase the steepness of the output signal of the converter both by increasing its sensitivity, increasing the inductance of the receiving coils, and due to the available possibility of amplifying the output signal. This is especially important when measuring thin coatings.

Исследовани показали, что чувствительность преобразовател находитс в определенной зависимости от рассто ни между приемными катушками. Было установлено рассто ние 9 между центром каждой из приемных катушек и осью 3Studies have shown that the sensitivity of the converter is dependent on the distance between the receiving coils. A distance of 9 was established between the center of each of the receiving coils and axis 3

излучающей катушки 1, вдоль которой она намотана, вл етс предел от 0,3 до 1,6 радиуса излучающей катушки, т.е. приемные катушки 4,5 могут находитьс в контуре излучающей катушки или охватывать его, илиof the radiating coil 1, along which it is wound, is a limit of 0.3 to 1.6 of the radius of the radiating coil, i.e. receive coils 4,5 may be in the circuit of the radiating coil or surround it, or

5 выходить за его пределы. Минимальный предел этих рассто ний ограничен конструктивными соображени ми, максимальный - заметным снижением чувствительности, Было установлено, что5 go beyond it. The minimum limit of these distances is limited by design considerations, the maximum - by a noticeable decrease in sensitivity. It was found that

0 наилучшие результаты имеютс в случав симметричного расположени каждой из приемных катушек относительно оси 3 излучающей катушки, т.е. в случае, когда они расположены на равных рассто ни х от0, the best results are obtained if each of the receiving coils is symmetrical with respect to axis 3 of the radiating coil, i.e. in the case when they are located at equal distances x from

5 этой оси. Было также установлено, что имеютс критерии выбора материала металлического компенсатора и его размеров. В качестве материала необходимо использовать материал основы, в противном случае5 of this axis. It has also been found that there are criteria for selecting the material of the metal compensator and its dimensions. As a material it is necessary to use a base material, otherwise

0 по вл ютс затруднени получени требуемой выходной характеристики преобразовател . Оптимальные размеры металлического компенсатора 10 наход тс в зависимости от длительности задержки анализа переходной0 there are difficulties in obtaining the desired output characteristic of the converter. The optimal dimensions of the metal compensator 10 are depending on the duration of the delay in the analysis of the transient

5 характеристики. Исследовани проводились с применением метода переходных процессов , т.е. исследовалась реакци отклика {переходна характеристика) на излучаемый пр моугольный импульс. Было установлено,5 characteristics. The studies were carried out using the transient method, i.e. The response response (transient response) to the emitted rectangular pulse was studied. It was found,

0 что при проведении анализа переходной характеристики воспринимаемого сигнала в районе 3-10 мкс после прекращени действи возбуждающего импульса, толщина металлического компенсатора может быть до0 that when analyzing the transient response of the perceived signal in the region of 3-10 μs after the termination of the excitation pulse, the thickness of the metal compensator can be up to

5 о,2 толщины основы (исследовались основы толщиной 1-10 мм) и толщина металлического компенсатора должна быть увеличена с увеличением времени задержки на анализ. Толщина металлического компенсатора может5 о, 2 thicknesses of the base (foundations with a thickness of 1-10 mm were investigated) and the thickness of the metal compensator should be increased with an increase in the delay time for analysis. The thickness of the metal compensator can

0 быть не более 1,2 толщины основы, поскольку дальнейшее его увеличение нецелесообразно с конструктивной точки зрени . Одновременно было установлено, что диаметр металлического компенсатора 10 должен находитьс в0 to be no more than 1.2 of the thickness of the base, since its further increase is impractical from a structural point of view. At the same time, it was found that the diameter of the metal compensator 10 should be in

5 пределах от 1,2 до 3,8 диаметра излучающей катушки и он должен быть как минимум в 1,2 раза больше, чем рассто ние между центрами 6,7 приемных катушек 4,5, Минимальный предел диаметра металлического компенсатора обуслбвлен необходимостью перекрыти с избытком контуром компенсатора контуров всех катушек, максимальный - найденными оптимальными рассто нием между центрами приемных катушек и диаметром металлического компенсатора .5 within the range from 1.2 to 3.8 of the diameter of the radiating coil and it should be at least 1.2 times larger than the distance between the centers of 6.7 receiving coils 4.5, The minimum limit of the diameter of the metal compensator is due to the need to overlap in excess the compensator circuit of the contours of all coils; the maximum, by the found optimal distance between the centers of the receiving coils and the diameter of the metal compensator.

Конструктивно накладной индуктивный преобразователь толщиномера выполнен, например, как это показано на фиг. 1, где в корпус 17 преобразовател установлен корпус 18 катушек вместе с излучающей катушкой 1 и приемными катушками 4 и 5. Посредством кольцевого фиксатора 19 фиксируетс положение корпуса 18 катушек в корпусе 17 преобразовател . Металлический компенсатор 10 жестко прикреплен к втулке 20, котора соединена с резьбовым соединением с корпусом 17 преобразовател , имеет совместное с металлическим компенсатором отверстие дл соединительного кабел 21 и пр моугольное углубление 22 под специальный ключ. Дл предотвращени смещени втулки 20 за счет имеющегос зазора в резьбовом соединении между ней и корпусом 17 преобразовател имеетс пружина 23, одним своим концом взаимодействующа со втулкой 20, а другим - с кольцевым упором 24. соединенным с корпусом 17 преобразовател резьбовым соединением .Structurally, the overhead inductive transducer of the thickness gauge is made, for example, as shown in FIG. 1, where a coil housing 18 is mounted in the converter housing 17 together with a radiating coil 1 and receiving coils 4 and 5. By means of an annular latch 19, the position of the coil housing 18 is fixed in the converter housing 17. The metal compensator 10 is rigidly attached to the sleeve 20, which is connected to the threaded connection with the housing 17 of the converter, has a hole with a metal compensator for the connecting cable 21 and a rectangular recess 22 for a special key. To prevent the sleeve 20 from being displaced due to a gap in the threaded connection between it and the converter housing 17, a spring 23 is provided, at one end interacting with the sleeve 20, and the other with an annular stop 24. connected to the converter housing 17 by a threaded connection.

Накладной индуктивный преобразователь толщиномера работает следующим образом .Laid on inductive transducer thickness gauge operates as follows.

Корпус 17 преобразовател устанавливаетс на металлическую основу 14с покрытием 15 так. что ось 3, вдоль которой намотана излучающа катушка, оказываетс перпендикул рна плоскости основы 14 или линии ее образующей. Излучающа катушка 1 излучает в окружающее преобразо- ватель пространство первичное электромагнитное поле, а приемные катушки 4 и 5 воспринимают вторичное электромагнитное поле реакции основы. По параметрам воспринимаемого сигнала суд т о толщине покрыти . Предварительно преобразователь устанавливают на металлическую основу без покрыти и перемеще- нием втулки 29 металлического компенсатора 10 устанавливают, например, амплитуду выходного сигнала приемных катушек 4 и 5 равной нулю Настроенный таким образом преобразователь устанавливают на металлическую основу с измер емой толщиной покрыти . Зависимость амплитуды выходного сигнала преобразовател от толщины покрыти имеет вид кривой 25 (фиг 5. где на оси ординат - амплитудное значение воспринимаемых сигналов, а на оси абсции 27-толщина покрытий ). Конструкци преобразовател по звол ет без каких-либо вспомогательных дополнительных устройств непосредственно по воспринимаемому сигналу измер тьThe converter housing 17 is mounted on a metal base 14 with a coating 15 so. that the axis 3 along which the radiating coil is wound is perpendicular to the plane of the base 14 or its generatrix line. The radiating coil 1 radiates a primary electromagnetic field into the surrounding space of the transducer, and the receiving coils 4 and 5 perceive the secondary electromagnetic field of the reaction of the base. According to the parameters of the perceived signal, the thickness of the coating is judged. The converter is preliminarily mounted on a metal base without coating and by moving the sleeve 29 of the metal compensator 10, for example, the amplitude of the output signal of the receiving coils 4 and 5 is set to zero. The converter configured in this way is mounted on a metal base with a measured coating thickness. The dependence of the amplitude of the converter output signal on the coating thickness has the form of a curve 25 (Fig. 5. where, on the ordinate axis, is the amplitude value of the perceived signals, and on the absorption axis, 27 is the coating thickness). The design of the converter allows, without any auxiliary accessories, directly to measure the perceived signal

отклонение толщины покрыти от какой-то определенной величины. Дл этого предварительно преобразователь устанавливаетс на металлическую основу с эталонной толщиной покрыти . В этом случае также переO мещением втулки 20 с металлическим компенсатором 10 устанавливают выходной сигнал приемных катушек4 и 5 равной нулю. Затем преобразователь устанавливают на металлическую основу с контролируемойdeviation of the thickness of the coating from any particular value. For this, the transducer is previously mounted on a metal base with a reference coating thickness. In this case, also by moving the sleeve 20 with the metal compensator 10, the output signal of the receiving coils 4 and 5 is set to zero. Then the converter is installed on a metal base with controlled

5 толщиной покрыти . Зависимость амплитуды выходного сигнала преобразовател от изменени толщины покрыти в том случае имеет вид кривой 28. Равенство выходного сигнала нулю соответствует в данном слу0 чае равенству толщине контролируемого покрыти заданной величине 29.5 thick coating. The dependence of the amplitude of the output signal of the converter on the change in the thickness of the coating in this case has the form of a curve 28. Equality of the output signal to zero corresponds in this case to the equality of the thickness of the controlled coating to a predetermined value of 29.

С накладным индуктивным преобразователем толщиномера, содержащим излуча ющую катушку диаметром 6 мм. высотой 8With an overhead inductive transducer of a thickness gauge containing an emitting coil with a diameter of 6 mm. height 8

5 мм, намотанную проводом ПЭЛ 0 0,14 мм 160 витков и две идентичные приемные катушки размерами 7x4 мм (размеры катушек вз ты по средней линии намотки) намотанной проводом ПЭВ-2 00,071 мм по 200 витков5 mm, wound with a PEL wire 0 0.14 mm 160 turns and two identical receiving coils with dimensions 7x4 mm (coil sizes taken along the middle line of the winding), wound with PEV-2 wire 00.071 mm, 200 turns each

0 кажда . Определ лась чувствительность преобразовател при измерении толщины фторопластового покрыти , на металлической основе, в качестве которой использовалась бела жесть толщиной 0,2 мм.0 each The sensitivity of the transducer was determined when measuring the thickness of a fluoroplastic coating on a metal base, which was used as a 0.2 mm thick white sheet.

5 Рассто ние между приемными катушками составл ло 7 мм. В качестве материала металлического компенсатора был использован материал основы. Толщина металлического компенсатора составл ла 0,2 мм5 The distance between the receiving coils was 7 mm. The base material was used as the material of the metal compensator. The thickness of the metal compensator was 0.2 mm

0 диаметром 12 мм. Излучающа катушка питалась импульсами пр моугольной формы длительностью 100 мкс, частотой 225 Гц. Максимальный ток в импульсе 0,15 А. Выборка сигнала анализа осуществл лась че5 рез 12 мкс после прекращени действи возбуждающего импульса. Длительность выборки сигнала 5 мкс.0 with a diameter of 12 mm. The radiating coil was fed by pulses of rectangular shape with a duration of 100 μs and a frequency of 225 Hz. The maximum pulse current is 0.15 A. The analysis signal was sampled after 12 µs after the termination of the exciting pulse. Signal duration 5 μs.

Заметного дрейфа нул от металлической основы без покрыти не наблюдалосьNo noticeable drift of zero from the metal base without coating was observed

0 Амплитуда воспринимаемого сигнала при толщине покрыти в 18 мкм составл ла 21,6 и V, при толщине покрыти в 26 мкм 31,2м Разрешающа способность (чувствительность ) преобразовател соответственно со0 The amplitude of the perceived signal with a coating thickness of 18 μm was 21.6 and V, with a coating thickness of 26 μm 31.2 m Resolution (sensitivity) of the transducer, respectively, with

5 ставл ла 1,2 м V/мкм.5 set 1.2 mV / μm.

Применение изобретени позвол ет повысить чувствительность и точность измере- ний путем увеличени крутизны зависимости амплитуды воспринимаемого от толщины покрыти металлической осноThe application of the invention allows to increase the sensitivity and accuracy of measurements by increasing the steepness of the dependence of the amplitude perceived on the thickness of the coating of the metal base

вы за счет уменьшени индуктивной св зи между излучающей и приемными катушками , применение катушек с большими индук- тивност ми, возможности усилени сигнала, воспринимаемого приемными катушками. Повышение точности измерений обуславливаетс тем, что накладной индуктивный преобразователь толщиномера не требует дополнительных устройств дл компенсации сигнала от металлических основ без по- крытий. В то же врем он удобен в эксплуатации, поскольку амплитудные значени воспринимаемых сигналов наход тс в пр мой зависимости от толщины покрытий металлических основ, что исключает дополнительные преобразовани сигналов.you by reducing the inductive coupling between the emitting and receiving coils, the use of coils with large inductances, the possibility of amplifying the signal perceived by the receiving coils. Improving the accuracy of measurements is caused by the fact that the overhead inductive transducer of the thickness gauge does not require additional devices to compensate for the signal from metal substrates without coatings. At the same time, it is convenient to operate, since the amplitude values of the perceived signals are directly dependent on the thickness of the coatings of the metal substrates, which eliminates additional signal transformations.

Claims

SUMMARY OF THE INVENTION 1. An overhead inductive transducer of a thickness gauge comprising a radiating coil of radius RH, the plane of which turns are parallel to the working end of the transducer, a receiving coil and a metal compensator mounted to move along the axis of the radiating coil, characterized in that, in order to improve accuracy and sensitivity, it is equipped with a second identical receiving coil connected in series with it, receiving coils are installed symmetrically with two

0 sides from the axis of the radiating coil so that their centers are located from the axis of the radiating coil at a distance of (0.3-1.6) RI (the plane of the turns are perpendicular to the plane of the turns of the radiating coil, and the axes lie on

5 of one straight line, offset from the center of the radiating coil towards the inoperative end, the compensator is made in the form of a flat plate and installed at the inoperative end of the converter.

0

2. Converter pop. 1, and is distinguished by the fact that the radius RK of the compensator is equal to (1.2-3.8) RH.

2 /

/

V

, 23

Ј j gee &. i

(77 ////////////////////////////.

5/

2 /

6 /

"

/ y ////////////////////////////////

91s VV

At.

3 /

//////////////////.

.

I

S

V

I

9/

P

;

Z sn6

/

e /

7

8

f “f

6 5ZZ8i

27