Термозонд для измерения толщины пленочных покрытий

 

Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повышение точности и расширение области применения термозонда для измерения толщины пленочных покрытий путем уменьшения погрешностей от теплопотерь в окружающую среду и от нестабильности напряжения питания электронагревателей , а также за счет обеспечения контроля покрытий также и на криволинейных поверхностях. Термозонд содержит корпус 1 с полым держателем 2, в котором размещен поршень

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) 2 8:, - с".", -". .".. г -.(51)4 G 0 В

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4123889/25-28 (22) 26.05,86 (46) 15.04.88. Бюл. N - 14 (71) Тамбовский институт химического машиностроения (72) В.Н.Чернышов, А.П.Пудовкин, Ю.Л.11уромцев, Т.И.Черньппова и И.В.Самойлов (53) 621.317.39:531.71(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1004841, кл. С 01 N 25/18, 1981.

Денель А.К. Дефектоскопия метал лов. N.: Металлургия, 1972, с. 147. (54) ТЕРМОЗОНД ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ

ПЛЕНОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повышение точности и расширение области применения термозонда для измерения толщины пленочных покрытий путем уменьшения погрешностей от теплопотерь в окружающую среду и от нестабильности напряжения питания электронагревателей, а также за счет обеспечения контроля покрытий также и на криволинейных поверхностях. Термозонд содержит корпус 1 с полым держателем 2, в котором размещен поршень

1388703

3. На обращенных н противоположные в отверстиях 19 корпуса 1. С помощью сторойы поверхностях держателя 2 и силовой пружины 4 поршень 3 и держапоршня 3 закреплены выполненные иден- тель 2 обеспечивают прижим микротертично и включенные параллельно элект- мопар 15 и 16 к покрытию 25 на поронагреватели 11 и 12. По обе стороны верхности объекта 24 контроля и к от них размещены по две микротермопа- покрытию 21 на поверхности эталонного ры 15 и 16 соответственно, соединен- образца 20. Результирующая разностные между собой дифференциально.Элект- ная ЭДС, получаемая на зажимах микронагреватель 12 и микротермопары 16 . ротермопар 15 и 16, пропорциональна контактируют в процессе измерения с разности толщин пленочных покрытий эталонным образцом 20, размещенным на объекте и эталонном образце. 6 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использо-.

30 вано для неразрушающего контроля толщины пленочных покрытий в различных отраслях науки и техники. 5

Цель изобретения - повышение точности и расширение области применения термозонда за счет устранения влияния на результаты измерений теплопотерь в окружающую среду и влияния 10 колебаний напряжения питания электронагревателей, а также за счет обеспечения воэможности контроля толщины покрытий не только на плоских, но и на криволинейных поверхностях. 15

На фиг. 1 и 2 изображен предлагаемый термозонд, общий вид в двух сече" ниях; на фиг. 3 — размещение нагревателя и термочувствитепьного элемента на теплоизоляционной подложке, 20 на фиг. 4 — плоская пружина, с помощью которой подпружинена теплоизоляционная подложка, сечение, на фиг. 5 - то же, вид сверху; на .фиг. 6 — электрическая схема термо- . зонда.

Термозонд содержит трубчатый корпус 1, размещенный в нем полый держатель 2, установленный в держателе

2 с возможностью перемещения поршень

3, подпружиненный относительно держателя 2 силовой пружиной 4. На держателе 2 и поршне 3 размещены эластичные пластины 5 и 6, на которых установлены подпружиненные с помощью З5 плоских пружин 7 и 8 теплоизоляционнь е подложки 9 и 10. В теплоизоляционных подложках 9 и 10 имеются канавки, в которых расположены выполненные иэ микропровода электронагреватели 11 и 12, подпружиненные с помощью пружин 13 и 14, а также сваренные встык и расположенные по обе стороны от электронагревателей 11 и

12 пары микротермопар 15 и 16, также подпружиненные с помощью пружин

17 и 18. В стенке корпуса 1 выполнены отверстия 19, в которых размещается сменный эталонный образец 20 с покрытием 21, близким по своим теплофизическим свойствам к контролируемому покрытию. В процессе измерений с покрытием 21 контактируют нагреватель 12 и микротермопары 16. Нагреватели 11 и 12 подключены параллельно к источнику 22 питания. Микротермопары 15 соединены между собой последовательно-согласно. Две микротермопары 16 соединены между собой последовательно-согласно. Пары микротермопар 15 и 16 включены последовательно-встречно и подключены к изме-. рительному прибору 23. Для удобства пользования корпус 1 может быть выполнен в форме пистолета. В процессе измерений термозонд размещается на объекте 24 контроля с покрытием 25.

Термозонд работает следующим образом.

При измерениях термозонд прижимают к покрытию 25 объекта 24 контроля.

При этом одинаковое усилие прижима микротермопар обеспечивается благодаря наличию силовой пружины 4, расположенной как на объекте 24 контроля, так и на эталонном образце 20, что обуславливает равенство контактных тепловых сопротивлений между

1388703

h 1

R = — ял — ) т пл поЬ

20 где h — толщина пленки пл

У теплопроводность материала пленки, S — площадь поверхности тепП06 лового контакта, то при мощности Р теплового источист ника нагрев 6T, пленки в зоне и м расположения термопар будет равен

30 (2) т Рист

В результате регистрируемый прибором 23 разностный сигнал пропорционален разности нагревов эталонного и контролируемого пленочных покрытий и равен разности ьh их толщин h u

h „„, которая с учетом (1) и (2) равна

40 р ц м Ив ДаВ К к 3) ис

Толщина h контролируемого покрытия будет равна а коэффициент К определяется обычно экспериментально.

Наличие в предлагаемом термозонде включенных дифференциально эта50 объектом контроля и эталонным образцом и соответствующими нагревателями и термочувствительными элементами.

Затем через нагреватели 11 и 12 в

5 течение некоторого времени пропускают ток, что обеспечивает нагрев эталонного образца и объекта контроля.

Разностная ЭДС, получаемая на зажимах микротермопар 15 и 16, регистрируется 10 измерительным прибором 23 °

Разностная ЭДС пропорциональна разности толщин эталонного и контролируемого покрытий 21 и 25. Поскольку пленочное покрытие создает тепловое сопротивление R величина которого может быть определена из соотношения лонной и измерительной частей повышает (по сравнению с известными) точность измерений за счет компенсации влияния теплопотерь и колебаний напряжений источника питания. РазмещеI ние нагревателей и термочувствительных элементов на подпружиненной теплоизоляционной подложке позволяет производить исследования покрытий на поверхностях различной кривизны, что расширяет область применения предлагаемого термозонда.

Формула изобретения

Термозонд для измерения толщины пленочных покрытий, содержащий трубчатый корпус, размещенный в нем держатель и установленные на держателе с зазором между ними электронагреватель и термочувствительный элемент, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения области применения, он снабжен поршнем, установленным с возможностью перемещения внутри держателя, который выполнен полым, и подпружиненным относительно него, размещенными на поршне и на держателе эластичными пластинами с расположенными на них подпружиненными теплоизоляционными подложками и вторыми электронагревателем И термочувствительным элементом, идентичными первым, электронагреватели выполнены в виде включенных параллельно подпружиненных микропроводов, термочувствительные элементы выполнены в виде включенных последовательно-встречно пар подпружиненных микротермопар, сваренных встык, соединенных согласно-последовательио и размещенных параллельно соответствующему микропроводу по обе стороны от него на теплоизоляционных подложках; а в стенке корпуса выполнены отверстия для установки сменного эталонного образца, предназ. наченного для контактирования в процессе измерений с вторыми электронагревателем и термочувствительным элементом.

13887 03

1388703 фиг6

Составитель Л.Гуськов

Техред И.Верес Корректор В.Гирняк

Редактор А.Ренин

Заказ 1570/42

Тираж 680 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4