Способ вихретокового измерения толщины диэлектрического покрытия на электропроводящем основании

 

Способ относится к измерительной технике и может быть использован для измерения толщины диэлектрического покрытия на электропроводящем основании. Вихретоковый преобразователь устанавливают на ту сторону эталонного образца, на которой покрытие отсутствует, и измеряют частоту автогенератора. Затем преобразователь устанавливают на ту сторону эталонного образца, на которой нанесено покрытие заданной толщины, и вновь измеряют частоту автогенератора. После этого преобразователь отводят от эталонного образца и других проводящих предметов на расстояние, превышающее диаметр преобразователя не менее чем в пять раз, и измеряют частоту автогенератора. По измеренным значениям частот и толщине покрытия эталонного образца вычисляют коэффициенты аппроксимирующей кривой. Толщину покрытия исследуемого образца определяют по аппроксимирующей кривой и значению частоты автогенератора. В описании приведены зависимости для определения коэффициентов аппроксимирующей кривой и ее формула. Способ позволяет применять только один эталонный образец и повысить точность измерений, снизив при этом их трудоемкость. 3 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения толщины диэлектрического покрытия на электропроводящем основании.

Известен вихретоковый способ определения толщины диэлектрического покрытая на электропроводящем основании, заключающийся в том, что вихретоковый преобразователь, включенный в колебательный контур автогенератора гармонических колебаний, устанавливают на контролируемое диэлектрическое покрытие. Измеряют амплитуду сигнала генератора и по ней судят о толщине покрытия [Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник. В 2-х книгах. Кн. 2/Под ред. В. В. Клюева, - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1986, 352 с., ил.].

Недостатком данного способа является низкая точность измерения толщины, обусловленная отсутствием калибровки и сильной зависимостью результатов измерений от значения удельной электропроводности материала основания и температуры.

В качестве прототипа способа выбран вихретоковый способ определения толщины диэлектрического покрытия на электропроводящем основании частотным методом, заключающийся в том, что вихретоковый преобразователь, включенный в колебательный контур автогенератора гармонических колебаний, устанавливается на контролируемое диэлектрическое покрытие. Измеряют частоту генератора и по градуировочной характеристике определяют толщину покрытия [Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник. В 2-х книгах. Кн 2/Под ред. В. В. Клюева, - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1986, 352 с., ил.].

Недостаток данного способа состоит в том, что для обеспечения точности измерения необходимо проводить калибровку устройства по трем эталонным образцам толщины покрытия на электропроводящем основании. Необходимость применения не менее трех эталонных образцов вызвана нелинейностью зависимости частоты автогенератора от толщины диэлектрического покрытия. Но использование трех различных эталонных образцов приводит к уменьшению точности за счет разброса удельной электропроводности оснований образцов.

Решаемая техническая задача заключается в повышении точности определения толщины диэлектрического покрытия на электропроводящем основании при вихретоковом измерении толщины покрытия частотным методом.

Решаемая техническая задача в способе вихретокового измерения толщины диэлектрического покрытия на электропроводящем основании, включающим установку вихретокового преобразователя, включенного в колебательный контур автогенератора, на измеряемое диэлектрическое покрытие, нанесенное на электропроводящее основание, измерение значения частоты автогенератора f, и по измеренному значению частоты автогенератора f определяют толщину диэлектрического покрытия h, достигается тем, что предварительно устанавливают вихретоковый преобразователь на эталонный образец, представляющий собой пластину, выполненную из электропроводящего материала, на одну сторону которой нанесено диэлектрическое покрытие заданной толщины h_k, сначала на сторону, где диэлектрическое покрытие отсутствует, измеряют и запоминают частоту автогенератора f₁, затем на сторону с диэлектрическим покрытием заданной толщины h_k измеряют и запоминают частоту автогенератора f₂, затем отводят вихретоковый преобразователь от эталонного образца и других электропроводящих предметов на расстояние, не менее чем в пять раз превышающее диаметр вихретокового преобразователя, измеряют и запоминают частоту автогенератора f₃, вычисляют коэффициенты аппроксимирующей кривой К₁, К₂, К₃: затем вычисляют толщину измеряемого диэлектрического покрытия h на электропроводящем основании по формуле: где h - толщина диэлектрического покрытия, f - частота автогенератора, К₁, К₂, К₃ - коэффициенты аппроксимирующей кривой, f₁ - частота автогенератора при толщине диэлектрического покрытия, равной нулю,
f₂ - частота автогенератора при толщине диэлектрического покрытия, равной h_k,
f₃ - частота автогенератора при толщине диэлектрического покрытия, равной бесконечности,
h_k - толщина диэлектрического покрытия эталонного образца.

Предлагаемое техническое решение удовлетворяет критериям "новизны" и "изобретательскому уровню", так как предложенные признаки позволяют получить новое свойство - обеспечивает повышенную точность измерения толщины диэлектрического покрытия.

На фиг. 1 изображено устройство, с помощью которого может быть осуществлен данный способ.

На фиг. 2 изображен эталонный образец, по которому осуществляется калибровка устройства, реализующего данный способ измерения толщины.

На фиг. 3 изображена зависимость частоты автогенератора от толщины диэлектрического покрытия на электропроводящем основании.

Устройство для измерения толщины диэлектрического покрытия на электропроводящем основании, изображенное на фиг. 1, состоит из вихретокового преобразователя 1, включенного в параллельный колебательный контур автогенератора 2 и однокристального микроконтроллера 3, к которому подключен цифровой индикатор 4. В качестве эталонного образца, изображенного на фиг.2, была взята металлическая пластина, на одну сторону которой нанесено диэлектрическое покрытие заданной толщины h_k. Алгоритм работы однокристального микроконтроллера 3 приведен в приложении (см. в конце текста).

Рассмотрим осуществление способа вихретокового измерения толщины диэлектрического покрытия на электропроводящем основании с помощью устройства, изображенного на фиг.1. Сначала выполняют калибровку устройства по эталонному образцу. Устанавливают вихретоковый преобразователь 1 на эталонный образец с той стороны, где диэлектрический слой отсутствует. В однокристальный микроконтроллер 3 подается команда, по которой происходит измерение и запоминание частоты автогенератора 2 - f₁. Устанавливают вихретоковый преобразователь 1 на диэлектрический слой заданной толщины h_k, нанесенный на противоположную сторону эталонного образца. В однокристальный микроконтроллер 3 подается команда, по которой происходит измерение и запоминание частоты автогенератора 2 - f₂. Отводят вихретоковый преобразователь 1 от эталонного образца и других электропроводящих предметов на расстояние, не менее чем в пять раз превышающее его диаметр. В однокристальный микроконтроллер 3 подается команда, по которой происходит измерение и запоминание частоты автогенератора 2 - f₃. Затем в однокристальном микроконтроллере 3 осуществляется вычисление трех коэффициентов аппроксимирующей кривой К₁, К₂, К₃:



Для измерения толщины контролируемого диэлектрического покрытия, нанесенного на электропроводящее основание, устанавливают вихретоковый преобразователь 1 в место определения толщины покрытия. Однокристальный микроконтроллер 3 осуществляет автоматическое измерение частоты генератора 2 - f, вычисление толщины диэлектрического покрытия h по формуле:

и вывод полученного результата на цифровой индикатор 4.

Таким образом, по сравнению с прототипом способ обеспечивает более высокую точность измерения толщины диэлектрического покрытия на электропроводящем основании. Применение всего одного эталонного образца для калибровки устройства позволило исключить погрешность, вызванную разбросом значения электропроводности при использовании двух и более эталонных образцов, а также уменьшить трудоемкость проведения измерений.

Были проведены эксперименты с использованием изготовленного опытного образца устройства, реализующего данный способ измерения толщины диэлектрического покрытия на электропроводящем основании, получены экспериментальные зависимости частоты автогенератора от толщины покрытия в диапазоне толщин от 0 до 11 мм. Одна из таких зависимостей, полученная для частот автогенератора 200-500 кГц, приведена на фиг.3. Эксперименты показали, что использование предложенных формул для расчета толщины, позволяет проводить измерения с точностью не хуже 1% от максимального предела на всем диапазоне измеряемых толщин.

Формула изобретения

Способ вихретокового измерения толщины диэлектрического покрытия на электропроводящем основании, заключающийся в том, что вихретоковый преобразователь, включенный в колебательный контур автогенератора, устанавливают на диэлектрическое покрытие, нанесенное на электропроводящее основание, и по измеренному значению частоты автогенератора f определяют толщину диэлектрического покрытия, отличающийся тем, что предварительно устанавливают вихретоковый преобразователь на эталонный образец, представляющий собой пластину, выполненную из электропроводящего материала, на одну сторону которой нанесено диэлектрическое покрытие заданной толщины h_k, сначала на сторону, где диэлектрическое покрытие отсутствует, измеряют и запоминают частоту автогенератора f₁, затем на сторону с диэлектрическим покрытием заданной толщины h_k, измеряют и запоминают частоту автогенератора f₂, затем отводят вихретоковый преобразователь от эталонного образца и других электропроводящих предметов на расстояние, не менее чем в пять раз превышающее диаметр вихретокового преобразователя, измеряют и запоминают частоту автогенератора f₃, вычисляют коэффициенты аппроксимирующей кривой К₁, К₂, К₃:



затем вычисляют толщину измеряемого диэлектрического покрытия h на электропроводящем основании по формуле

где h - толщина диэлектрического покрытия;
f - частота автогенератора;
К₁, К₂, К₃ - коэффициенты аппроксимирующей кривой;
f₁ - частота автогенератора при толщине диэлектрического покрытия, равной нулю;
f₂ - частота автогенератора при толщине диэлектрического покрытия, равной h_k;
f₃ - частота автогенератора при толщине диэлектрического покрытия, равной бесконечности;
h_k - толщина диэлектрического покрытия эталонного образца.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6