Устройство для измерения толщин ферромагнитных изделий и немагнитных покрытий на этих изделиях

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИН ФЕРРОМАГНИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ И НЕМАГНИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ЭТИХ ИЗДЕЛИЯХ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Лухвич Александр Александрович Шукевич Анатолий Куприянович Шарандо Владимир Иванович Полоневич Александр Антонович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для измерения толщины ферромагнитных изделий и немагнитных покрытий на этих изделиях, включающее намагничивающий элемент в виде постоянного магнита или электромагнита, жестко связанные с ним две индуктивные катушки и измерительный блок, отличающееся тем, что намагничивающий элемент выполнен в форме двух полых коаксиальных цилиндров с различным направлением намагниченности вдоль каждого из них, индуктивные катушки размещены на оси внутреннего цилиндра на разной высоте от основания, измерительный блок обеспечивает раздельную обработку сигналов от них, по результатам которой судят о толщине контролируемого изделия и толщине покрытия.(56) 1. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий Справочник / Под ред. В.В. Клюева. Кн. 2. - М. Машиностроение, 1976. - С. 73-74. 2. Поливанов К.М. Электромагнитные методы измерения толщин / Сб. статей под ред. С.И. Вавилова. - Изд-во АН СССР, М.-Л., 1946. - С. 12-13. 1608 Полезная модель относится к области толщинометрии и может быть использована для одновременного измерения двух параметров толщины изделия из ферромагнитного металла под слоем немагнитного покрытия (коррозии) и толщины этого покрытия. Известны устройства магнитостатического типа для измерения толщины покрытий 1. Их действие основано на определении изменения магнитного поля в цепи электромагнита или постоянного магнита при изменении зазора между ним и ферромагнитным изделием. Устройства содержат П-образный либо стержневой электромагнит или постоянный магнит, в который вмонтирован элемент, чувствительный к изменению магнитного потока(датчик Холла, феррозонд, рамка с током и т.п.). Роль изменяющегося зазора играет немагнитное покрытие, о его толщине судят по величине сигнала магниточувствительного элемента. Недостатком данных устройств является невозможность определения толщины находящегося под покрытием ферромагнитного изделия. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство 2, состоящее из электромагнита, питаемого постоянным током, и двух индуктивных катушек, улавливающих два различных потока рассеяния. Катушки жестко связаны с электромагнитом и образуют с ним единый измерительный блок. Катушки включают последовательно либо дифференциально, суммарный или разностный сигнал от них поступает на измерительный блок. Роль последнего выполняет баллистический гальванометр. С помощью устройства измеряют толщину немагнитного покрытия между измерительным блоком и ферромагнитным листом при фиксированной толщине последнего либо толщину ферромагнитного листа при фиксированной толщине немагнитного покрытия. В устройстве вместо электромагнита может быть использован постоянный магнит. В этом случае измеряют изменение потока при установке магнита на изделие или снятии с него. Недостатком данного устройства является измерение только одного параметра (толщины ферромагнитного листа или толщины немагнитного покрытия). Значение второго параметра необходимо задавать или измерять независимыми методами. Целью изобретения является обеспечение возможности одновременного определения толщины ферромагнитного основания и поверхностного немагнитного слоя (любое немагнитное покрытие, практически немагнитный коррозионный слой, воздушный зазор вследствие неровностей). Указанная цель достигается тем, что в устройстве намагничивающий элемент (постоянный магнит или электромагнит) выполнен в виде двух полых коаксиальных цилиндров с различным направлением магнитного поля вдоль каждого из них, индуктивные катушки размещены на оси внутреннего цилиндра на разной высоте от основания, измерительный блок обеспечивает раздельную обработку сигналов от них. По результатам обработки сигналов с катушек судят о толщине контролируемого изделия и покрытия. На фиг. 1 представлена схема предложенного устройства. На фиг. 2 приведен пример экспериментальных зависимостей сигналов в катушках от толщины листа из стали 45 и толщины немагнитного покрытия на нем. Намагничивающий элемент выполнен в виде двух полых ферромагнитных цилиндров 1, 2, направление магнитного поля вдоль которых имеет противоположный знак. Во внутреннем цилиндре на различной высоте от основания установлены индуктивные катушки 3, 4. Выводы катушек подключены к измерительному блоку 5. Работа устройства осуществляется следующим образом. Намагничивающий элемент устанавливают на ферромагнитное изделие с немагнитным покрытием. В поверхностном слое изделия возникают зоны с различным направлением намагниченности. При этом над поверхностью изделия создается вторичное поле, в различных точках пространства различно изменяющееся при изменении толщины изделия и покрытия. Величину вторичного поля измеряют катушками 3, 4 в местах их расположения. Сигналы с катушек поступают в измерительный блок 5, раздельно им обрабатывают 2 1608 ся, сравниваются с калибровкой и в виде значений толщины ферромагнитного изделия и толщины покрытия отображаются индикатором. На фиг. 2 приведен пример экспериментальных зависимостей сигналов в катушках устройства от толщины листа из стали 45 и толщины немагнитного покрытия на нем. Кривые 0 0,2 0,6 показывают изменение сигнала катушки 4 при изменении толщины металла с покрытием на нем соответственно 0 0,2 0,6 мм. Кривые 0 0,2 0,6 показывают изменение сигнала катушки 3, одновременно измеренного на этих же изделиях. Из рисунка следует, что значение сигнала каждой из катушек может соответствовать множеству возможных сочетаний толщин основания и покрытия. Однако совпадение этих сочетаний оказывается единственным для каждой пары сигналов. Так, 1 в нижней катушке и 1 в верхней катушке соответствует толщине покрытия 0,6 мм и толщине металла 2 мм 1 в нижней и 2 в верхней - толщине покрытия 0,2 мм и толщине металла 3,9 мм 2 в нижней и 1 в верхней - толщине покрытия 0 мм и толщине металла 0,4 мм. Количество подобных вариантов ограничивается лишь разрешающей способностью прибора и заданной точностью измерений, определяющей дискретность изменения толщины покрытия и основания при построении кривых. Из рассмотренных данных вытекает возможность однозначного определения толщины покрытия и толщины основания по двум указанным измерениям. Обработка сигналов может включать усиление, различного рода преобразования (не приводящие к потере информативности), выбор необходимой пары толщин покрытия и основания из массива предварительно заданных дискретных значений либо ее вычисление с помощью математических программ. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.