Вимірювання товщини шару покриття
- Руйнівні та неруйнівні методи вимірювання товщини шару покриття. Залежно від характеру покриття та фізичних властивостей матеріалу деталі, застосовують різні методи вимірювань. Всі вони можуть бути розділені на дві групи: з руйнуванням покриття та без його руйнування. Найбільшу групу серед методів неруйнівного контролю становлять електрофізичні методи. Серед них можна назвати вихрострумові, індуктивні, магнітометричні, радіаційні, індукційні та ємнісні.
Вимірювання товщини шару покриття вихрострумовим методом може бути застосоване для вимірювань товщини нанесених на неферомагнітні (кольорові) метали ізоляційних покрить. За способом перетворення товщини у вихідний сигнал розрізняють генераторні (взаємоіндуктивні) та параметричні (індуктивні) вихрострумові перетворювачі. В останніх змінне електромагнітне поле, створюване вимірювальною котушкою, наводить у поверхневому шарі деталі із електропровідного матеріалу вихрові струми. Поле вихрових струмів, взаємодіючи з полем котушки, призводить до зміни її індуктивності 
(та відповідно повного електричного опору), які є мірою вимірюваної товщини. Проте цей спосіб через свою недосконалість застосовується мало.
В ряді випадків вимірювань товщини вихрострумовим методом застосовують частотний спосіб отримання вимірювальної інформації. Вимірювальна котушка вмикається в 
-контур генератора високої частоти. Залежно від товщини покриття, а також від інтенсивності взаємодії поля вихрових струмів з вимірювальною котушкою змінюється її індуктивність і тим самим вихідна частота 
вимірювального автогенератора, наближене значення якої може бути визначено як
|
|
|
, (3.7)
де 
- ємність резонансного контуру; 
та 
- відповідно індуктивність та активний опір вихрострумового перетворювача за відсутності досліджуваного об’єкта; 
та 
- внесені індуктивність і активний опір, зумовлені впливом вихрових струмів у досліджуваному об’єкті.
Найдосконалішою є двогенераторна схема (з вимірювальним та опорним генераторами) з формуванням вихідного сигналу у вигляді різниці частот. На цьому принципі побудований вихрострумовий товщиномір покрить типу "Радон". Він призначений для вимірювання товщини діелектричних покрить, нанесених на струмопровідну основу плоскої, випуклої та увігнутої форм. Прилад має межі вимірювань від 0 до 10 мм та граничну похибку, яка не перевищує 1 %.
- Вимірювання товщини покрить на феромагнітних деталях
Для вимірювання товщини покриттів на феромагнітних деталях застосовують вимірювальні засоби з індуктивним первинним перетворювачем рис.3.4).
|
|
|
Рис. 3.4. Принципова схема індуктивного товщиноміра
Індуктивний перетворювач ПП за допомогою кабелю з’єднаний з кварцевим генератором 
, вихідна частота якого, є функцією індуктивності 
. Частота та опорна частота 
від опорного генератора 
надходить на вхід суматора СМ, вихідна частота якого 
дорівнюватиме різниці частот та 
. Після лінеаризації функції перетворення за допомогою мікропроцесора МП, сигнал надходитиме до цифрового відлікового пристрою, проградуйованого в мікрометрах, з якого і зчитується результат вимірювання товщини 
покриття на феромагнітній деталі.
Інформативним параметром такого індуктивного перетворювача є повний електричний опір 
намагнічувального кола або еквівалентна індуктивність цього кола, значення яких є функцією комплексного магнітного опору 
магнітного кола перетворювача:
, (3.7)
де - активний опір обмотки; 
- кількість її витків; 
та 
- активна та реактивна складові комплексного магнітного опору магнітопроводу; 
- магнітний опір повітряного проміжку.
Якщо складова , яка відображає втрати на гістерезис та вихрові струми у феромагнетику, мала порівняно з 
, що практично завжди є присутнім в реальних конструкціях перетворювачів, то повний електричний опір можна записати у вигляді
|
|
|
, (3.8)
де 
- приріст еквівалентного електричного опору; 
- еквівалентна індуктивність намагнічувального кола.
Враховуючи, що 
, а 
(при тому коли площі поперечного перерізу магнітопроводу та повітряного проміжку однакові, 
), то еквівалентна індуктивність 
дорівнюватиме
. (3.9)
Неважко переконатись, що зміна індуктивнсті , викликана зміною повітряного проміжку на величину 
, буде дорівнювати
. (3.10)
При невеликих 
, коли магнітний опір магнітопроводу значно менший за магнітний опір повітряного проміжку (коли правомірно вважати, що 
), еквівалентна індуктивність дорівнюватиме
, (3.11)
а її зміна 
визначиться як
. (3.12)
Отже, функція перетворення індуктивного перетворювача зі змінною величиною повітряного проміжку 
чи 
, є нелінійною (рис. 3.5).
Рис. 3.5. Графічне зображення функції перетворення індуктивного перетворювача
Характер зміни залежить від частоти намагнічувального струму. Для низьких частот, коли індуктивний опір 
стає близьким величині активного опору обмотки, відносна зміна повного електричного опору суттєво зменшується.
|
|
|
Індуктивний перетворювач зі змінною величиною повітряного проміжку можна вважати практично лінійним перетворювачем лише при малих відносних змінах довжини цього проміжку 
. В реальних конструкціях таких перетворювачів при 
відносна зміна індуктивності не перевищує 
при нелінійності функції перетворення 
.
- Вимірювальні кола індуктивних товщиномірів
Вимірювальні кола індуктивних вимірювачів товщини покрить можуть бути різноманітними.
Здебільшого застосовують мостові вимірювальні кола з індуктивним перетворювачем, розміщеним на деталі з покриттям, та компенсаційним перетворювачем, розміщеним на аналогічній деталі без покриття. Використання компенсаційного перетворювача, увімкненого у сусіднє плече моста, дає змогу усунути вплив зовнішніх чинників, зокрема температури, на результат вимірювань.
Рис. 3.6. Мостова схема індуктивного товщиноміра
У мостовій схемі (рис. 3.6) індикатором вимірюваної величини є магнітоелектричний мілівольтметр, увімкнений до виходу фазочутливої кільцевої схеми випрямлення. Резистор 
змінного опору призначений для встановлення нульового показу мілівольтметра при нульовому чи заданому значенні вимірюваної товщини.
Похибка вимірювання товщини покриття з застосуванням індуктивних перетворювачів доходить до 10%.
Із неруйнівних методів, доцільно зупинитись ще на методі, заснованому на застосуванні взаємоіндуктивних перетворювачів, вихідним інформативним параметром яких є ерс 
, наведена у вимірювальній обмотці (рис. 3.7).
, (3.13)
де 
та 
- кількість витків намагнічувальної та вимірювальної обмоток; 
- намагнічувальний струм;
- площа поперечного перерізу магнітопроводу; - товщина покриття; 
- комплексний магнітний опір магнітопроводу (тут та - реактивна та активна складові комплексного магнітного опору магнітопроводу, які є значно меншими за магнітний опір покриття,
).
Рис. 3.7. Вимірювач товщини гальванічного покриття
На основі такого методу створено прилади для вимірювань товщини покриття в межах до 3 мм з похибкою 10... 15 %.
Серед методів руйнівного контролю найпоширенішим є хімічний метод, який грунтується на усуненні покриття за допомогою спеціальних хімічних реактивів. За цим методом мірою товщини покриття може бути час усунення покриття або його маса чи різниця між масою покритої деталі та масою деталі після усунення покриття.
Запитання для самоконтролю
1. Руйнівні та не руйнівні меиоди вимірювання товщини шару покриття на деталях.
2. Аналіз принципової схеми індуктивного товщиноміра.
3. Функція перетворення індуктивного перетворювача із змінним повітряним зазором.
4. Вимірювальні кола індуктивних товщиномірів.
5. Вимірювач товщини гальванічного покриття.
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 549; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!