Устройство для контроля толщины немагнитных покрытий на ферромагнитных основаниях

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ комитвт РЕСПУБЛИКИ БЕПАРУСЬ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ НЕМАГНИТНЫХ ПОКРЫТИИ НА ФЕРРОМАГНИТНЫХ ОСНОВАНИЯХ(71) Заявитель Институт прикладной физики НАН Беларуси (ВУ)физики НАН Беларуси (ВУ)Устройстводля контроля толщины немагнитных покрытий на ферромагнитных основаниях,содержащее два стержневых постоянных магнита и магниточувствительный элемент, отличающееся тем, что магниты длиной Ь расположены в параллельных плоскостях на расстоянии 11 друг от друга, определяемом из соотношениятак, ЧТО перпендикуляры К направлениям намагниченности магнитов, ВОССТЗНОВЛСННЫС ИЗ ИХ Центров, совпадают, магниточувствительный элемент выполнен В виде магнитной стрелки, закрепленной на ОСИ, совпадающей С указанными перпендикулярами, В пространстве МЕЖДУ магнитами на расстоянии ОТ магнита, ближайшего К измеряемому покрытию, определяемом ИЗ соотношения10 2 а УГОЛ ос между направлениями намагниченности магнитов установлен В пределахИзобретение относится к области измерения толщины покрытий с использованием магнитных средств.Известно устройство для контроля толщины немагнитных покрытий на ферромагнитных основаниях 1, состоящее из Побразного постоянного магнита, имеющего перешеек (параллельную магнитную цепь), в зазоре которого смонтирована подвижная магнитная стрелка, жестко связанная с уравновешивающей пружиной. При установлении прибора на изделие уменьшается магнитное сопротивление в межполюсном зазоре, что вызывает перераспределение магнитного потока в основной и параллельной магнитных цепях. С изменением магнитного потока стрелка прибора поворачивается на угол, пропорциональный толщине измеряемого покрытия. Недостатком данного устройства является низкая чувствительность к измеряемым толщинам покрытий в широком диапазоне их изменения, обусловленная применением механической упругой системы в сочетании с небольшой по размерам шкалой.Из известных наиболее близким по технической сущности является устройство для контроля толщины немагнитных покрытий на ферромагнитных основаниях 2. Измерительная головка содержит магнитопровод в виде стакана и установленный внутри него и прикрепленный одним из своих полюсов стержневой постоянный магнит. На его противоположном полюсе закреплен датчик Холла. Для удобства крепления между магнитопроводом и постоянным магнитом установлена втулка из немагнитного материала. К противоположной поверхности дна стаканообразного магнитопровода прикреплен полюсом одноименной полярности с полюсом первого постоянного магнита второй стержневой постоянный магнит. Элементы головки закрыты кожухом. Кабелем датчик Холла соединяется с электрической схемой питания и регистрации. Работает известное устройство следующим образом. Перед проведением измерений головка устанавливается на полированную, очищенную от покрытия поверхность ферромагнитного основания. Электрическая схема балансируется на нуль. Далее головка переносится на контролируемую поверхность с немагнитным покрытием. Вследствие образования зазора напряженность магнитного поля в зоне расположения датчика Холла уменьшается, что приводит к нарушению баланса электрической схемы и увеличению показаний индикатора. Наличие в измерительной головке второго постоянного магнита, установленного в вышеуказанной полярности, увеличивает магнитный поток в цилиндрической стенке магнитопровода и незначительно ослабляет его величину в области расположения датчика Холла. Ослабление магнитного потока, пронизывающего датчик Холла, возрастает с увеличением толщины немагнитного покрытия.Недостаток известною устройства в низкой автономности, являющейся следствием температурной нестабильности датчика Холла и необходимости использования источника питания электрической схемы измерения и регистрации, что затрудняет применение устройства в полевых условиях. Кроме того, известное устройство обладает недостаточной чувствительностью к изменениям больших толщин покрытий (20 мм и более), обусловленной слабым влиянием изменения расстояния между постоянным магнитом и основанием в указанном диапазоне изменения на намагниченность магнита.Задачей настоящего изобретения является повышение автономности устройства и расширение диапазона контролируемых толщин покрытий в сторону больших толщин.Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для контроля толщины немагнитных покрытий на ферромагнитных основаниях, содержащем два стержневых постоянных магнита и магниточувствительный элемент, магниты длиной 1, расположены в параллельных плоскостях на расстоянии 11 друг от друга, определяемом из соотношениятак, ЧТО ПВРПСНДИКУЛЯРЫ К направлениям НЯМЗГНИЧСННОСТИ МЗГНИТОВ, ВОССТЗНОВЛСННЫС ИЗ ИХ ЦСНТРОВ, совпадают, МЗГНИТОЧУВСТВИТСЛЬНЫЙ ЭЛСМСНТ ВЫПОЛНСН В ВИДС магнитной СТРСЛКИ, заКРПЛВННОЙ на ОСИ, совпадающей С указанными ПСРПСНДИКУЛЯРЗМИ, В ПРОСТРЗНСТВС МСЖДУ магнитами на РЗССТОЯНИИ ОТ магнита, ближайшего К ИЗМСРЯСМОМУ ПОКРЫТИЮ, ОПРСДСЛЯБМОМ10 2 а УГОЛ (1 МЕЖДУ направлениями намагниченности магнитов установлен В пределах шт 5 а 51 т 1ПОВЫШСНИС ИВТОНОМНОСТИ УСТРОЙСТВЗ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ НСМЗГНИТНЫХ ПОКРЫТИЙ на ФВРРОМЭГНИТНОМ ОСНОВЗНИИ достигается за СЧЕТ ТОГО, ЧТО СОВОКУПНОСТЬ СУЩЗСТВСННЫХ призна 9ков устройства обеспечивает его работоспособность без использования источников питания, при ЛЮбЫХ ТСМПСрЗТУРЗХ ССТЕСТВСННОЙ окружающей среды, В ТОМ ЧИСЛО отрицательных, И ЛЮбОИ ВЛЗЖНОСТИ ОКРУЗКЗЮЩСИ среды, В ТОМ ЧИСЛЕ ПОД ВОДОЙ.Расширение диапазона измерений в сторону больших толщин обеспечивается совокупностью существенных признаков устроиства, определяющих взаимное расположение и ориентацию стержневых постоянных магнитов и индикатора направления суммарного магнитного поля. Совокупность существенных признаков устройства обеспечивает высокую и близкую к линейной чувствительность угла поворота индикаторной магнитной стрелки к толщине х кон Ь Ь тролируемого покрытия от О до х т В 3 . Предложенное изобретение поясняется рисунками. На фиг. 1 изображена функциональная схема заявленного устройства во фронтальной (а) и горизонтальной (б) проекциях.На фиг. 2 приведены зависимости угла поворота р индикаторной магнитной стрелки заявленного устройства от толщины х немагнитного покрытия при ос 150 для 0,211 (кривая 1) и В 0,511 (кривая 2), 11 0,51. (фиг. 2 а) и для В 0,211 (кривая 1) и В 0,511 (кривая 2),11 0,251. (фиг. 26).Устройство содержит два стержневых постоянных магнита 1 и 2, магнитную стрелку 3 на оси 4. Позицией 5 обозначен немагнитный каркас, 6 - шкала для отсчета контролируемой толщины, 7 - немагнитное покрытие, 8 - ферромагнитное основание. Буквами Ы и 5 обозначены торцы постоянных магнитов, соответствующие их северным и южным полюсам соответственно.Стержневые постоянные магниты 1 и 2 намагничены вдоль своих продольных осей в направлениях ЫЗ, имеют одинаковую длину Ь и расположены в параллельных плоскостях нарасстоянии 11 5 11 5 1.) Друг от друга. При этом перпендикуляры к направлениям намагни ченности магнитов, восстановленные из их центров, совпадают с осью 4, на которой закреплена магнитная стрелка 3. Расстояние между плоскостью расположения магнита, ближайшего к измеряемому покрытию, и плоскостью расположения магнитной стрелки устанавливается в11 11 диапазоне Тб В 7. Угол ос между направлениями намагниченности ЫЗ первого 1. и второго2 стержневых постоянных магнитов установлен в пределах 120 5 ос 5 170. Стержневые постоянные магниты 1 и 2, магнитная стрелка 3 и ось 4 закреплены неподвижно (магнитная стрелка - с возможностью вращения вокруг оси 4) на немагнитном каркасе 5. Шкала 6 располагается между магнитной стрелкой и контролируемым покрытием. Предварительно шкала 6 может быть проградуирована в единицах толщины измеряемого покрытия. В предпочтительном варианте реализации устройства оно в дополнение к шкале 6 (или вместо шкалы) может быть снабжено нониусом (на функциональной схеме не показан), имеющим возможность вращения вокруг оси 4.Работает устройство следующим образом.В исходном состоянии вдали от ферромагнитного основания магнитная стрелка 3 предложенного устройства находится под действием суперпозиции магнитных полей, создаваемых стержневыми постоянными магнитами 1 и 2. Конструктивные особенности предложенного устройства, определяющие взаимоположение магнитной стрелки 3 и стержневых постоянных магнитов 1 и 2, обеспечивают при этих условиях определяющее влияние на стрелку 3 поля стержневого постоянного магнита 1, вблизи которого она расположена. Поэтому стрелка 3 ориентируется в направлении, близком к направлению намагниченности МЗ первого стержневого постоянного магнита 1. Эта ориентация стрелки 3 соответствует бесконечно большой толщине немагнитного покрытия на шкале 6.При установлении устройства на свободную от покрытия поверхность ферромагнитного основания 8 магнитное поле первого стержневого постоянного магнита 1 в окружающем его пространстве (в том числе в плоскости расположения магнитной стрелки 3) практически полностью компенсируется полем магнитных зарядов, индуцированных им на поверхности ферромагнитного основания 8. В то же время магнитное поле второго стержневого постоянного1. магнита 2, находящегося при этом на расстоянии 1 5 11 5 Ь от поверхности ферромагнит НОГ 0 ОСНОВЗНИЯ 8, В ПЛОСКОСТИ РЗСПОЛОЖСНИЯ МЗГНИТНОЙ стрелки 3 практически не ИЗМСНЯСТСЯ.Поэтому магнитная стрелка 3 при установлении устройства на поверхность ферромагнитного основания 8 ориентируется практически в направлении, близком направлению намагниченности МБ второго стержневого постоянного магнита 2. Эта ориентация магнитной стрелки 3 соответствует нулевой толщине немагнитного покрытия на шкале 6.При удалении устройства от ферромагнитного основания 8, что соответствует наличию немагнитного покрытия 7, компенсация поля первого стержневого постоянного магнита 1 полем индуцированных магнитных зарядов в области расположения магнитной стрелки 3 уменьшается и возрастает его вклад в результирующее поле. Тем самым изменяется направление результирующего поля, что отображается ориентацией магнитной стрелки 3. Таким образом, поворот стрелки 3 зависит от расстояния между первым стержневым постоянным магнитом 1 устройства и ферромагнитным основанием 8, т.е. от толщины немагнитного покрытия 7.Конструктивные особенности устройства, определяющие взаимное расположение стержневых постоянных магнитов 1 и 2 и магнитной стрелки 3, обеспечивают близкое к линейному изменение угла поворота магнитной стрелки 3 от расстояния х до ферромагнитного основанияЬ Ь практически в диапазоне от О до х т(фиг. 2). Выбор угла ос между направлениями на магниченности стержневых постоянных магнитов 1 и 2 в диапазоне 120 5 а 5 170, наряду с максимальной чувствительностью к контролируемой толщине немагнитного покрытия 7, обеспечивает достаточную устойчивость положения магнитной стрелки 3 при любой ее ориентации, соответствующей любой толщине прокрытия. При уменьшении угла а ниже нижнего предела указанного диапазона, диапазон изменения угла ф, зависящего от толщины контролируемого покрытия, будет неоправданно сужен, что приведет к снижению чувствительности устройства к контролируемой толщине покрытия. При увеличении угла о выше верхнего предела указанного диапазона устойчивость магнитной стрелки под действием результирующего поля стержневых постоянных магнитов 1 и 2 может резко снизиться в контролируемом диапазоне толщин покрь 1 тий. Это может привести к возрастанию погрешности контроля, обусловленной влиянием внешних магнитных полей на магнитную стрелку.В предпочтительном варианте использования устройства оно устанавливается на ферромагнитное основание с заданной толщиной немагнитного покрытия. При этом вращающийся нониус устанавливают вдоль магнитной стрелки, положение которой соответствует заданной толщине покрытия. При последующем контроле отклонения толщины покрытия от заданного легко наблюдать по разориентации направления положения магнитной стрелки 3 от положения, зафиксированного нониусом.Заявленное устройство не содержит механических движущихся и энергозадающих элементов (пружин, шарниров и т.д.), не требует источников энергопитания, может работать при лю бой ориентации ферромагнитного основания, при любой температуре окружающей среды (в том числе отрицательной) и влажности (в том числе под водой). Диапазон контролируемых1 1 толщин изменятся от нуля до величин, соответствующих ШЗ длины использованных стержневых постоянных магнитов (и, например, при Ь 10 см существенно перекрывает верхний предел измерений известных устройств).Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.