Спосіб б.п. фідмана товщинометрії стінок пустотілих немагнітних виробів із утрудненим доступом в порожнину і пристрій для його здійснення

Изобретение относится к измерительной технике оперативного профильного контроля обширного класса сложнокснфигурационных полых изделий из различного вида диэлектрических материалов для лабораторного оборудования, химической, элект р о н н о й , с в е т о т е х н и ч е с к о й и других отраслей промышленности. Цель изобретения - повышение производительности и точности - обеспечивается тем, что катушка преобразователя, образующая совместно с конденсатором колебательный контур, устанавливается своей осью по нормали к поверхности подлежащего контролю участка стенки пустотелого изделия, полость которого предварительно заполняется вспомогательным агентом - легкоплавким жидким сплавом (например, 18,1% индия, 4 1 % висмута, 22,1% свинца, 10,6% олова и 8,2% кадмия) или сплавом Вуда, или легкоплавким металлом. При этом толщина стенки полого изделия иэ контролируемом его участке определяется по изменению текущего значения резонансного сопротивления ко лебательного LC-контура, автоматически измеряемого электронным блоком, содержащим последовательно включенные регулируемый усилитель переменного тока с электрическим входом, усилитель-ограничитель и усилитель мощности, выход которого параллельно связан как с входом регулируемого усилителя с приключенным к нему LC-контуром через балластно-ограничительный резистор, так и непосредственно с резистивным делителем. Потенциометрический выход делителя соединен с одним из входов блока сравнения, связанного другим своим входом с входом усилителя-ограничителя, а выходом - с детектором, к выходам которого подключены выходной индикатор и самописец. При перемещении по поверхности контролируемого изделия преобразователя в соответствии с и з м е н е н и е м толщины стенки изделия меняется как интенсивность токов, наводимых переменным полем катушки преобразователя в вспомогательном агенте, так и интенсивность встречного магнитного поля, создаваемого наведенными в агенте токами, которое противофазно переменному полю преобразователя. При этом в зависимости от толщины стенки изделия и от соответствующей реакции агента изменяются настройка и текущее значение резонансного сопротивления LCконтура. В ходе измерений обеспечивается автоматические поддержание строгой синфазности между сопоставляемыми) а блоке сравнения фиксированным по высоте меандром, поступающим с выхода делителя на второй вход блока сравнения, и переменным сигналом девиируемой частоты и уровня, параллельно поступающим с выхода регулируемого усилителя на вход усилителяограничителя и на первый вход блока сравнения. 2. с.п. и 2 з.п.ф-лы, 1 ил. „ 1529873 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для неразрушающего профильного контроля тонкостенных сосудов сложной формы из материалов с высокой диэлектрической постоянной. Целью изобретения является повышение точности и производительности за счет возможности автоматизации измерений, обеспечения их непрерывностипри перемещениях преобразователя вдоль произвольно заданного контура на поверхности контролируемого изделия а также обеспечение универсального общего масштаба отсчета результирующих показаний непосредственно в единицах контролируемого параметра (толщины) для обширного класса изделий из однородных, композиционных и многослойных диэлектрических материалов при повышенной простоте, удобстве и минимальной трудоемкости измерения и упрощение процесса эвакуации агента из полости изделия. На чертеже представлена схема измерения толщины стенок полых диэлектрических изделий. Схема включает контролируемое полое изделие 1, которое заполнено жидким агентом 2, обладающим электропроводящими свойствами, соответствующими таковым у металлов. В качестве вспомогательных агентовзаполнителей, вводимых в полость контролируемого изделия в зависимости от материала и свойств исследуемых объектов, а также в зависимости от конкретных условий профильного контроля, могут применяться сплав индия, например 18,1% индия, 41% висмута, 22,1% свинца, 10,6% олова и 8,2% кадмия, сплав Вудэ или другие низкотемпературные сппавы и металлы. К элементу внешней поверхности подлежащего измерению участка 3 стенки контролируемого изделия 1 подводится экранированная катушка 4 измерительного преобразователя, образующая совместно с конденсатором 5 колебательный LC-контур. Катушка 4 может быть снабжена незамкнутым магнитопроводом 6, выполненным в виде тонкостенной цилиндроконической гильзы из оксифера с центральным сердечником, ось которогопри измерении ориентируют рдоль нормали к поверхности изделия на контролируемом участке. Катушка 4 намотана литцендрэтам (многожильным посеребренным приводом с изолированными волокнами) и с помощью коаксиального кабеля 7 соединяется с входом электронного блока 9 Мзгнитолровод 6 выполнен из высокочастотного ферритодиэлектрика, обладаю 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 щего магнитной проницаемостью fi= 10 104 и минимальными гистерезисными потерями, в частности из оксифера. Электронный блок 8 состоит из регулируемого усилителя 9 переменного тока, выполненного с электрометрическим высокоомным полевым входом, соединенным с помощью коаксиального кабеля 7 с колебательным LC-контуром. Выход усилителя 9 соединен с последовательно включенными двусторонним усилителем-ограничителем 10 и усилителем 11 мощности, выход которого параллельно связан как с входом усилителя 9 и колебательным LC-контуром через балластно-ограничительный резистор 12, так и с переменным резистивным делителем из сопротивления 13 и потенциометра 14. Выход делителя присоединен к входу блока 15 сравнения, другой вход которого подключен У точке соединения усилителя 9 с усилителем-ограничителем 10. При этом выход блока 15 сравнения через детектор 16 связан с входами индикатора 17 и самописца 18 регистрирующего блока. Способ толщинометрии с помощью устройства осуществляется следующим образом. Перед проведением измерений производят исходную предварительную балансировку измерительной системы, при которой колебательный LC-контур измерительного преобразователя отделяют от металлической массы, а потенциометром 14 устанавливают исходное нулевое п о к а з а н и е выходного индикатора 17, В таком исходно, установленном состоянии устройства генерируемые им гармонические автоколебания, поступающие с выхода усилителя 9 на вход блока 15 сравнения, компенсируются противополярным симметричным П-обрззным сигналом (меандром), воздействующим с выхода потенциометра 14 резистивного делителя на правый вход блока 15, в результате чего выходное напряжение детектора 16 и соответственно показание индикатора 17 равны нулю. Когда катушку 4 устанавливают по нормали к элементу поверхности исследуемого изделия 1 у его контролируемого участка 3, эквивалентная добротность и соответственно эквивалентное резонансное сопротивление колебательного LC-контура изменяются в зависимости от толщины стенки изделия 1 на каждом из его контролируемых участков, что связано с изменением реакции, вносимой жидким электропроводящим агентом 2 в переменное магнитное поле катушки 4, которое, замыкаясь через массу жидкого (или затвердевшего) металлического агента 2, пронизывает стенку изделия 1 на контро 1529873 противления 13 и потенциометра 14 и ня лируемом участке 3, прилегающую к контрокомплексный делитесь напряжения, обралируемому участку стенки изделия со сторозованный резистором 12 и колебательным ны его полости. LC-контуром преобразователя, при значиПоскольку интенсивность вихревых токов определяется расстоянием катушки 4 от 5 тельных амплитудно-частотных отклонениях гармонического сигнала, поступающего поверхности агента, з также интенсивность на вход усилителя 9, поступает меандр повстречного противофазного магнитного постоянной высоты, из которого колебатальля, которое воздействует на катушку 4 и выным LC-контуром выделяется первая звано наведенными в агенте 2 вихревыми токами, является функцией расстояния от ка- 10 гармоническая составляющая. тушки 4 до противолежащего ему участка поПри зтом, если установленный потенциверхности агента 2. величина эквивалентного ометром 14 при исходной балансировке усрезонансного сопротивления колебательнотройства уровень меандра, поступающего с го LC-контура 5 будет непосредственно зави- 15 выхода потенциометра 14 на вюрой вход сеть от толщины стенки изделия 1 на каждом блока 15 сравнения остается и при измереиз его контролируемых участков 3. ниях неизменным, то в процессе проводимых измерений, когда под влиянием При этом зависимость между толщиной противофазного встречного переменного стенки изделия и величиной эквивалентного резонансного сопротивления LC-контура 20 магнитного поля (вызванного наведенными имеет однонаправленный характер, т.е. с в металлическом агенте 2 вихревыми токауменьшением толщины измеряемой стенки ми) изменяется эквивалентное резонансное величина эквивалентного резонансного сосопротивление колебательного LC-контура, противления колебательного контура падауровень выделяемой этим контуром из меет. 25 андрэ первой гармонической компоненты изменяется пропорционально толщине Если в исходно установленном состостенки контролируемого изделия 1 на измеянии измерительной системы, когда отсутряемом участке 3, вследствие чего амплитуствует реакция контролируемого изделия 1 да переменного сигнала, поступающего с с агентом 2 на катушку 4, предварительно выхода усилителя 9 на первый вход блока 15 установленное положение потенциометра сравнения, уменьшается по сравнению с ис14 обеспечивает нулевое показание выходходной амплитудой этого сигнала, для котоного индикатора 17, чему соответствует взарого была проведена предварительная имное компенсирующее воздействие на балансироака системы (потенциометром 14) блок 15 сравнения переменного сигнала, поступающего с выхода усилителя 9, и ме- 30 при ненагруженном преобразователе до андра, поступающего с потенциометра 14, проведения измерений. то при установке катушки 4 у подлежащего В результате этого в процессе проводиконтролю участка 3 под влиянием воздейстмых измерений перемещению катушки 4 вующего на катушку 4 переменного магнит- 35 преобразователя по поверхности контролиного противотока, создаваемого руемого изделия 1, заполненного металлииндуктированными в агенте 2 вихревыми ческим агентом 2, соответствует различная токами, эквивалентное резонансное сопростепень рассогласования между уровнем тивление LC-контура падает по сравнению 45 постоянного по высоте меандра, поступаюс его исходным значением. щего с потенциометра 14 на правый вход Поскольку двусторонний усилитель-огблока 15сравнения, иуровнем переменного раничитель 10 имеет строго фиксированные сигнала, поступающего с входа двусторонпороги ограничения поступающих на его него усилителя-ограничителя 10 на первый вход гармонических сигналов, то с выхода 50 вход блока 15. усилителя-ограничителя Юна вход усилитеПри сопутствующем измерениям расля 11 мощности поступает симметричным согласовании варьируемой в соответствии с П-образный периодический сигнал (меандр) толщиной контролируемой стенки изделия постоянного уровня при значительных отклонениях как амплитуды, так и частоты сиг- 55 амплитуды переменного сигнала на первом входе блока 15, а также фиксированного по нала, поступающего с LC-контура на вход высоте (уровню) меандра, подаваемого на усилителя 9, а также при соответствующих второй вход блока 15, с выхода последнего амплитудно-частотных отклонениях многона вход детектора 16 поступает периодичекратно усиленного усилителем 9 сигнала, ски повторяющийся разностный импульсный поступающего на вход усилителя-ограничисигнал, который после выпрямления м фильтеля 10, трации детектора 16 воздействует на выходСоответственно с выхода усилителя 11 ной индикатор 17 и на самописец 18. мощности на делитель напряжения из со 1529873 При любых изменениях действующих параметров колебательного LC-контурэ преобразователя (при сопровождающих процесс измерений девиациях текущих значений кок эквивалентного резонансного сопротивления и действующей добротности LC-контура. так и его текущей резонансной настройки) измерительной системой обеспе и иоается автоматическое поддержание строгой синфазности обоих подлежащих сопоставлению протиоополярных сигналов, поступающих па первый и второй сходы блока 15 сравнения. Этим обеспечивается повышенная четкость и однозначность сопоставления переменных сиіналов в блоке 15 и повышенная разрешающая способность осех проводимых системой измерений. Кроме возможности подключения к выходу детектора 16 самописца 18, регистрирующего графические результаты контроля, измерительная система обеспечиваю также универсальность шкапы выходного индикатора 17 для обширного класса диэлектрических изделий с выдачей этим индикатором результатов проводимых измерений непосредственно в единицах контролируемого параметра При плавном перемещении преобразователя в г\оль любого участка или произвольно заданного контура по поверхности контролируемого полого изделия самописцем 13 регистрируется соответствующая профилограмма, графически иллюстрирующая характер изменения толщины сгемки изделия пдоль исследуемого участка или контура. Высокая разрешающая способность измерений сочетается при этом с оперативной гибкостью и технологическим удобством неразрушающего профильного контроля сложноконфигурациопных полых изделии с особо затрудненным доступом в полость. Вспомогательный жидкий агент в виде легкоплавкого металла или сплава, вводимый и попость изделия, служит для формирования встречного переменного магнитного потока, противофазного первичному переменному магнитному полю, излучаемому катушкой измерительного датчика, установленного на спешней поверхности изделия. Испытания способа и реализующего его устройства показали, что шкала выходного индикатора 17, предварительно отградуированная tn образцам сосудов с калиброванными толщинами стенок, выполненных из какого-либо одного диэлектрика, остается полностью справедливой для непосредственного отсчета толщины при контроле 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 8 обширной номенклатуры серийных и нестандартных полых изделий сложной формы, выполненных из диэлектрических материалов произвольного состава и структуры с особо усложненным доступом внутрь полости, в частности секционированных тонкостенных кварцевых сосудов, колб со змеевиками, гофрированных спиралей, тонких сосудов сложной конфигурации для лабораторного оборудования в химической, светотехнической отраслях промышленности, баллонов для фотоэлектронных, ионных и электронно-лучевых приборов, При этом общий масштпО отсчета показаний непосредственно в единицах контролируемого параметра, определяющий универсальность шкалы, а также высокая оперативность и разрешающая способность измерений для обширного класса сложпоконфмгурацнонных полых изделий, обеспечивает также высокоразрешающий профильный контроль полых конструкций сложной формы из композиционных диэлектриков произвольного состава, толщинометрик) многослойных стенок, выполненных из различающихся по химической структуре электроизоляционных материалов, профильный контроль изделий из фибергласса, стеклотекстолита, стирофлекса, рлда композиционных полимеров, керамики, радиофэрфрра, искусственных смол, кпарцевого стекла, фаянса и множества других материалов. Погрешность измерений в зависимости or конкретных условии контроля не превышает 1-3%, Формула изобретения 1. Способ толщинометрии стенок пустотелых немагнитных изделий с затрудиенным доступом в полость, заключающийся в том, что на внешней поверхности контролируемого издепия устрнавливэютка*ушку измерительного датчика, включенного в колебательный контур, а потость контролируемого изделия заполняют жидким вспомогательным агентом и толщину определяют по изменению величины параметра колебательного контура, о т л и ч а ю щ и й,с я том, что, с целью повышения производительности и точности при толщинометрии стенок незлэктропроводящих И2ДЄАИЙ, и качество вспомогательного агента испопкз^от легкоплавкий металл или сплав, а в качестве информативного параметра контура принимают изменение его эквивалентного резонансного сопротивления. 2. Способ по пЛ, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в качестве вспомогательного агента используют сплав индия. 1529873 10 ненными регулируемыми угилителем, бле 3. Способ по п. 1 , о т л и ч а ю щ и й с я ком сравнения, детектором и регистрируютем, что в качестве вспомогательного агента щим блоком, а также подключенными к используют сплав Вуда выходу регулируемого усилителя последо4. Устройство для толщинометрии стенок пустотелых немагнитных изделий с за- 5 вательно соединенными усилителем-ограничителем, усилителем мощности и трудненным доступом в полость, делителем напряжения, выход которого сосодержащее индуктивный преобразоваединен с вторым входом блока сравнения, а тель, включенный в колебательный контур, выход усилителя мощности соединен через о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности и точно- 10 резистор с входом регулируемого ус^лигеля. сти, оно снабжено последовательно соеди J Редактор Составитель И.Кесоян Техред М.Моргентая Корректор - Ливринц П Заказ 1972 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.( 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул Гагарина, 101