SU1359659A1 - Устройство дл измерени толщины - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к контрольно-измерительной технике и может быть использовано дл  толщинометрии материалов и покрытий. Цель изобретени  - повьшение точности измерений за счет разбива всего диапазона измерени  на поддиапазоны, в пределах которых зависимость выходного сигнала преобразовател  от измер емой толщины линейна. В основе работы устройства лежит выражение HX + + УПМ- UK/и„.г и„(Н„- Н.,), где Н - толщина материала, п - номер поддиапазона измерени , в который попадает сигнал иX.Выходной сигнал преобразовател  2 детектируетс  и через блок 4 компенсации вли ни  знака производной поступает в блок 6 автоматического переключени  диапазонов измерени , в котором осуществл етс  сравнение измеренного сигнала и X и опорных сигналов, поступающих с блока 5 формировани  опорных сигна- лов. На выходах блоков 8,13 и 17 вычитани  образуютс  соответственно разности и„.,- и,, и.,- и„, Н„. , которые поступают в блок 9 коррекции чувствительности измерений. На выходе последнего образуетс  сигнал А и,.- Ux/U.,- и„(Н„- Н„.,), где А - коэффициент-передачи блока 9. Сигналы с выхода блока 9 и блока 6 автоматического переключени  диапазонов измерени  поступают на входы блока 10 суммировани , сигнал с выхода которого линейно св зан с измер емой толщиной, 2 ил. i (Л со СП СО Од сд со

Description

Изобретение относитс  к контрольно-измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  толщины материалов и покрытий.

Цель изобретени  - повьшение точ- .ности измерений за счет учета откло- нени  от линейной реальной зависимости выходного сигнала преобразовател  .от измер емой толщины.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства дл  измерени  толщины; на фиг.2 - график, по сн ющий работу устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1, преобразователь 2, детектор 3, блок 4 комценсации вли ни  знака производной , блок 5 формировани  опорных напр жений , блок 6 автоматического переключени  диапазонов измерени , второй вход которого соединен с выходом блока 4 компенсации вли ни  знака производной, первый управл емый коммутатор 7, второй вход которого соединен с вторым выходом блока 3 формировани  опорных напр жений, первый блок 8 вычитани , второй вход которого соединен с выходом блока 4 компенсации вли ни  знака производной , блок 9 коррекции чувствительности измерений, блок 10 суммировани , второй вход которого соединен с вторым выходом блока 6 автоматического переключени  диапазонов измерени , и регистратор 11. Третий выход блока 5 формировани  опорных напр жений подключен к второму входу блока 4 компенсации вли ни  знака производной. Устройство содержит вто рой управл емый коммутатор 12, первый и второй входы которого св заны соответственно с третьим выходом блока 6 автоматического переключени  диапазонов измерени  и с выходом блока 5 формировани  опорных напр жений, второй блок 13 вычитани , входы которого соединены с выходом коммутатора 12 и выходом комму

татора 7, а его выход - с вторым входом блока 9 коррекции чувствительности измерений.

Устройство дл  измерени  толщины включает также последовательно соединенные задатчик 14 опорных значений толщины, третий управл емый коммутатор 15 и третий блок 16 вычитани , второй вход которого соединен с

0

5

0

5

0

0

5

вторым выходом задатчика 14 опорных значений через четвертый управл емый коммутатор 17, а выход - с третьим входом блока 9 коррекции чувствительности измерений. Управл ющие входы блоков 15 и 17 соединены соответственно с четвертым и п тым выходами блока 6 автоматического переключени  диапазонов измерени , шестой выход последнего соединен с вторым входом блока 5 формировани  опорных напр жений , а выход блока 17 соединен с третьим входом блока 10 суммировани .

Устройство работает следующим образом .

Ввиду нелинейной зависимости выходной ЭДС преобразовател  2 от величины толщины покрыти  весь рабочий диапазон измер емых толщин разбиваетс  на п ть /в общем случае на п поддиапазонов Гфиг.2) шестью граничными значени ми, которым поставлены в соответствие выходные значени  выходного напр жени  преобразовател  2 Uo,U,,Ui,U,,U4, Uy. Работа устройства осуществл етс  в предположении, что зависимость выходного сигнала преобразовател  2 от измер емой толщины в пределах одного диапазона нейна, т.е. нелинейность не превыша ет допустимой погрешности.

Предположим,что величина выходного сигнала преобразовател .U, лежит в третьем поддиапазоне и ей соответствует толщина Н (фиг.2), тогда величина Н определ етс  как сумма Н + -(HX Hj).

Из подоби  треугольников АСЕ и ABD следует, что

ic

AD

40

45

В свою очередь

AD АЕ ЕС DB

U-,

и.

Н,- Н HX- Н,

Тогда величина Hv равна

Н,

н + Mil-Hi-сн - н

г Ui- Ua -i Н .

г- и Дл  произвольного будет равна

случа  величина

Нп- .Un- .

(н„- н„.,).

где n - номер поддиапазона, в который попадает сигнал.

Последнее выражение лежит в основе работы устройства.

Номиналы граничных значений поддиапазонов записаны в задатчки 14 опорных значений толщины (фиг.1), а соответствующие им выходные напр жени  преобразовател  - в блок 5 мировани  опорных напр жений.

Устройство работает следующим образом .

Напр жение генератора 1 поступает в преобразователь 2. Выходной 15 сигнал преобразовател  2, несущий ин-. формацию в контролируемом параметре, детектируетс  детектором 3 и поступает через блок 4 кq пeнcaции вли ни  знака производной на вход блока 20 6 автоматического переключени  диапазонов измерени . Кроме измер емого сигнала U (фиг.2) в блок 6 автоматического переключени  диапазонов измерени  из блока 5 формировани  25 опорных напр жений поступает сигнал и.Блок 6 автоматического переключени  диапазонов измерени  сравнивает измер емый сигнал U и поступивший с блока 5 формировани  опорных напр - ЗО жений сигнал U4 (сигнал U в блок 6 не поступает, так как лежит за пределами измерений).

Если и Ux, с блока 6 в блок 5

Эти разностные сигналы поступают в блок 9 коррекции чувствительности измерени , на выходе которого образуетс  сигнал

Uz- Ux

(н,- HJ,

и,- и,

где А - коэффициенты передачи блока 9 коррекции, В общем случае

Uno- Ux

и„.,и

(н.- Нп--)Сигнал с выхода блока 9 коррекции поступает на вход блока 10 сумми ровани , сюда же с блока 6 автоматического переключени  диапазонов измерени  поступает и сигнал Н (дл  общего случа  Н,,), На выходе блока 10 суммировани  образуетс  сигнал, величина которого, линейно св зана с измер емой толщиной, а так как сигналы И „ и Hf,., представл ют собой

величины истинньпс значений толщин в точках разбиени , то выходные

напр жени  блока 10 суммировани  соответствуют истинному значению изме р емой толщины, котора  и отображаетс  регистратором 11,

В предлагаемом устройстве блок 5 формировани  опорных напр жений в соответствии с величиной поступив- щего сигнала U (фиг.2) задает уров

формировани  (поиска) опорных напр - ,, «« опорных напр жений как дл  блока

. t-i f tf f r tTTia

жений поступает сигнал и вместо U, в блок 6 подаетс  Us. Так продолжаетс  до тех пор, пока из блока 5 фор- мировани  опорных напр жений не поступил сигнал, величина которого пре- вьшает Ux .В данном случае это сигнал UT.

После этого поиск прекращаетс  и на входы первого блока 8 вычитани  поступают измер емый сигнал Ux и верхний уровень рабочего диапазона

40

45

6 автоматического переключени  диапазонов измерений, так и дл  коммутаторов 7 и 12. Кроме того, блок 5 формировани  опорных напр жений совместно с блоком 6 ав оматического переключени  диапазонов измерени  формируют управл ющие сигналы блоков 15 и 17 вьщелени .

Таким образом, дл  определени  толщины в любом из поддиапазонов требуетс  от его верхнего уровн  вы честь текущее значени  сигнала и эту разность подать на один из входов блока 9 коррекции чувствительности . На второй вход этого блока подаетс  разность верхнего и нижнего уровней рабочего диапазона, а на третий - разность граничных значений толщин рабочего диапазона.

и.

на входы второго блока 13 вычитани  - сигналы верхнего U и нижнего и уровней рабочего диапазона , а. на входы третьего блока 16 вычитани  - значени  верхнего Н и нижнего Hj уровней. На выходе блока 8 вычитани  образуетс  разность Uj- Uy (в общем случае и„,,- U), на выходе блока 13 вьтитани  U, (в общем случае U.,- и„) , на выходе бло ка 16 вычитани  И,- Н (в общем случае Н„- Щ.,),

Эти разностные сигналы поступают в блок 9 коррекции чувствительности измерени , на выходе которого образуетс  сигнал

Uz- Ux

(н,- HJ,

и,- и,

где А - коэффициенты передачи ка 9 коррекции, В общем случае

Uno- Ux

и„.,и

(н.- Нп--)Сигнал с выхода блока 9 коррекции поступает на вход блока 10 суммировани , сюда же с блока 6 автоматического переключени  диапазонов измерени  поступает и сигнал Н (дл  общего случа  Н,,), На выходе блока 10 суммировани  образуетс  сигнал, величина которого, линейно св зана с измер емой толщиной, а так как сигналы И „ и Hf,., представл ют собой

величины истинньпс значений толщин в точках разбиени , то выходные

напр жени  блока 10 суммировани  соответствуют истинному значению измер емой толщины, котора  и отображаетс  регистратором 11,

В предлагаемом устройстве блок 5 формировани  опорных напр жений в соответствии с величиной поступив- щего сигнала U (фиг.2) задает уров«« опорных напр жений как дл  блока

Л гч t-i f tf f r tTTia

6 автоматического переключени  диапазонов измерений, так и дл  коммутаторов 7 и 12. Кроме того, блок 5 формировани  опорных напр жений совместно с блоком 6 ав оматического переключени  диапазонов измерени  формируют управл ющие сигналы блоков 15 и 17 вьщелени .

Таким образом, дл  определени  толщины в любом из поддиапазонов требуетс  от его верхнего уровн  вычесть текущее значени  сигнала и эту разность подать на один из входов блока 9 коррекции чувствительности . На второй вход этого блока подаетс  разность верхнего и нижнего уровней рабочего диапазона, а на третий - разность граничных значений толщин рабочего диапазона.

Как правило, зависимость выходного напр жени  преобразовател  от измер емой толщины покрыти   вл етс  нелинейно-убью ающей, но дл  р да сочетаний покрытие - основа она может

быть возрастающей (в зависимости от соотношени  вели: 1ин удельных электрических проводимостей покрыти  и основы ). Характер зависимости может быть определен по знаку производной. Дл  этого использован блок 4 компен- сации знака производной.

При отрицательном значении производной сигнал с выхода детектора 3 без изменений проходит через блок 4 компенсации вли ни  знака производной и зависимость выходного сигнала этого блока от толщины покрыти  остаетс  мрнотонно-убьшающей. При возрастающей зависимости (изменение знака производной) с блока 5 формировани  опорных напр жений на один из входов блока 4 компенсации вли ни  знака производной поступает опорное напр жеиие, из которого вычитаетс  сигнал с детектора 3, Вследствие этого зависимость сигнала на выходе блока 4 будет также иметь вид монотон- но-убьшающей функции.

Предлагаемое устройство обеспечивает возможность индикации измер емой величины непосредственно в микрометрах и дальнейшей обработки результатов измерений средствами цифровой техники.

Фор. мулаизобретени 

; Устройство дл  измереии  толщины , содержащее последовательно соединенные генератор, преобразователь, детектор, блок компенсации, блок. формировани  опорных напр жений, блок автоматического переключени  диапазонов измерени , второй вход которого соединен с выходом блока компенсации вли ни  знака производной , первый управл емый коммутатор, второй вход которого соединен с вторым выходом блока формировани  опорных напр жений, первый блок вычита--, ни , второй вход которого соединен с

выходом блока компенсации вли ни  знака производной, блок коррекции чувствительности измерений, блок

суммировани , второй вход которого соединен с вторым выходом блока авто - матического переключени  диапазонов измерени , и регистратор, второй управл емый коммутатор и второй блок

вычитани , третий и четвертьй выходы блока формировани  опорных напр жений соединены соответственно с вторым входом блока компенсации вли ни  знака производной и первым входом второго управл емого коммутатора , второй вход которого соединен с третьим выходом блока автоматическо го переключени  диапазонов измерени , а выход - с первым входом второго

блока вьиитани , второй вход последнего соединен с выходом первого управл емого коммутатора, а выход - с вторым входом блока коррекций чувствительности измерений, о т л и ч а ющ е е с   тем, что, с целью повьппе- ни  точности измерений, оно снабжено третьим управл емым коммутатором, последовательно соединенным задат- чиком опорных значений толщины, четвертым управл емым коммутатором, и третьим блоком вычитани , выход которого подключен к третьему входу блока коррекции чувствительности из- . мерений, управл ющие входы третьего и четвертого коммутаторов подключены к четвертому и п тому выходам блока переключени  диапазонов измерени , шестой выход которого соединен с вто- рьм входом блока формировани  опорных напр жений, второй вход третьего управл емого коммутатора подключены , к второму выходу задатчика. опорных значений толщины, а его выход - к второму входу блока вычитани , а

третий вход блока суммировани  подключен к выходу четвертого управл емого коммутатора.

/х

Claims (1)

1. Фор мула из об ре тения

   Устройство для измерения толщины, содержащее последовательно соединенные генератор, преобразователь, детектор, блок компенсации, блок, формирования опорных напряжений, блок автоматического переключения диапазонов измерения, второй вход которого соединен с выходом блока него соединен с выходом первого управляемого коммутатора, а выход - с вторым входом блока коррекций чувствительности измерений, о т л и ч а ю25 щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено третьим управляемым коммутатором, последовательно соединенным задатчиком опорных значений толщины, чет30 вертым управляемым коммутатором, и третьим блоком вычитания, выход которого подключен к третьему входу блока коррекции чувствительности измерений , управляющие входы третьего 35 и четвертого коммутаторов подключены к четвертому и пятому выходам блока переключения диапазонов измерения, шестой выход которого соединен с вторьм входом блока формирования опор40 ных напряжений, второй вход третьего управляемого коммутатора подключены компенсации влияния знака производной, первый управляемый коммутатор, второй вход которого соединен с вторым выходом блока формирования опорных напряжений, первый блок вычита-'.. ния, второй вход которого соединен с к второму выходу задатчика, опорных значений толщины, а его выход - к второму входу блока вычитания, а

   45 третий вход блока суммирования подключен к выходу четвертого управляв· мого коммутатора.