Толщиномер немагнитных и ферромагнитных покрытий

(71) Заявитель Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(73) Патентообладатель Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(57) Толщиномер немагнитных и ферромагнитных покрытий, содержащий постоянный магнит или электромагнит, преобразователь, блок измерения и индикации, отличающийся тем, что он содержит усилитель,связанный с ним интегратор, с которым связан блок изменения пределов интегрирования и разрешающей способности и блок измерения и индикации, при этом в качестве преобразователя содержит многовитковую катушку, охватывающую магнит и жестко скрепленную с ним, при этом катушка с магнитом выполнена подвижной для возможности регистрации изменений магнитного потока при их установке на поверхности контролируемого изделия или их удалении с этой поверхности. 4672 1 Изобретение относится к области толщинометрии и может быть использовано при измерении толщины немагнитных покрытий на ферромагнитном основании, толщин магнитных (никелевых покрытий) на немагнитном и магнитном основании. Известны толщиномеры покрытий, основанные на использовании ультразвуковых, электромагнитных,магнитных, радиоволновых, оптических и других методов. Каждый из названных методов, как и устройства для их реализации, имеют ограниченную область применения. Известны магнитные толщиномеры пондемоторного действия, работа которых основана на измерении силы магнитного взаимодействия между постоянным магнитом или электромагнитом с контролируемым объектом. Наиболее совершенными приборами такого типа являются магнитные толщиномеры типа МТА,предложенные Н.С. Акуловым 1. Недостатком этих приборов является сложная и дорогостоящая механическая система часового типа отрыва и фиксации момента отрыва постоянного магнита от контролируемого изделия, стрелочная индикация, необходимость разбиения шкалы прибора на несколько поддиапазонов или применения однодиапазонных приборов, достаточно ограниченный диапазон измеряемых толщин и невысокая разрешающая способность. Наиболее близкими к предлагаемому техническому решению являются магнитостатические толщиномеры, действие которых основано на определении индукции магнитного поля в цепи постоянного магнита или электромагнита при изменении расстояния между ними и основанием изделия из-за наличия покрытия 2. Наибольшее распространение получили магнитостатические толщиномеры с преобразователями Холла. В качестве источников намагничивающего поля используются как стержневые и П-образные магниты на базе магнитожестких материалов, так и электромагниты. Такие приборы выпускаются фирмой Кварц (Швейцария). Недостатком этих приборов является значительное влияние внешних магнитных полей на точность измерений и, как следствие этого, необходимость компенсации начального сигнала перед измерениями, а также компенсации дрейфа начального сигнала при изменении температуры окружающей среды. Наличие блоков компенсации, а также блока питания и стабилизации тока датчика Холла значительно усложняет схему прибора, при этом в приборах с автономным источником питания время непрерывной работы ограничено. Необходимость разрыва магнитной цепи для размещения датчика Холла снижает чувствительность толщиномера. Разрешающая способность приборов данного типа определяется величиной постоянной Холла и принципиальной возможности повышения чувствительности не существует. Достигнутый уровень чувствительности с использованием датчиков Холла недостаточен во многих случаях, например при контроле сверхтонких пленок. Предлагаемое техническое решение позволяет устранить указанные недостатки. Это достигается тем, что в качестве преобразователя толщиномера используется многовитковая катушка, охватывающая магнит и жестко скрепленная с ним, регистрирующая изменение магнитного потока в зависимости от толщины покрытия при ее установке или удалении от поверхности контролируемого изделия. На фиг. 1 дана блок-схема толщиномера немагнитных и ферромагнитных покрытий. На фиг. 2 показана экспериментальная зависимость изменения величины магнитного потока Ф в относительных единицах от толщины немагнитного покрытия на ферромагнитном основании в микрометрах. На фиг. 3 показана экспериментальная зависимость величины изменения магнитного потока Ф в относительных единицах от толщины никелевого покрытия по немагнитной основе. Устройство содержит источник намагничивающего поля (стержневой или П-образный постоянный магнит или электромагнит) 1 многовитковую катушку 2 усилитель 3 интегратор 4 блок изменения пределов интегрирования и разрешающей способности 5 устройство преобразования и индикации 6 покрытие 7 контролируемое изделие 8. Устройство работает следующим образом. Источник намагничивания 1 с катушкой 2 перемещается из точки А над измеряемым изделием в точку В на поверхности изделия или наоборот. При этом происходит изменение магнитного потока ФФв-ФА, пронизывающего катушку 2. Изменение магнитного потока Ф приводит к появлению электродвижущей силы (э.д.с.) Е в катушке 2, амплитуда которой пропорциональна изменению магнитного потока Ф/,где К - коэффициент, зависящий от параметров катушки 2 и магнитной системы 1 Ф/Т - скорость изменения магнитного потока. Сигнал э.д.с. после усиления усилителем 3 интегрируется интегратором 4, управляемым блоком изменения пределов интегрирования 5. Сигнал с интегратора 4, пропорциональный Ф, регистрируется индикатором 6. Изменение величины толщины покрытия 7 на основании 8 приводит к изменению Ф, по величине которого судят о толщине покрытия. Предлагаемое техническое решение позволяет значительно повысить чувствительность и разрешающую способность прибора, расширить диапазон измеряемых толщин и область применения прибора. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.