PL221991B1 - Magnetyczny czujnik do pomiaru odległości i grubości powłok - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest magnetyczny czujnik do pomiaru odległości i grubości materiałów diamagnetycznych i paramagnetycznych na podłożu ferromagnetycznym, w szczególności do pomiaru grubości powłok lakierniczych. Rozwiązanie może być również stosowane jako czujnik zbliżeniowy oraz wykorzystane jako defektoskop do badania ukrytych wad materiałów, takich jak szczeliny czy ubytki.

Z amerykańskiego opisu wynalazku nr US 7,449,881 B2 znane jest urządzenie do określania grubości strefy zubożonego chromu w obszarze powierzchni stalowych. W piecach stosowanych do pirolizy, w warunkach wysokiej temperatury, chrom przenika do powierzchniowych warstw rur, powodując w ich pewnych częściach powstawanie tzw. warstw zubożonych. Warstwy te mogą dostarczać informacji o stanie technicznym pieca.

Zgodnie z amerykańskim wynalazkiem istota rozwiązania polega na skojarzeniu pola magnetycznego wytworzonego za pośrednictwem magnesu stałego z czujnikiem Halla, ustawionym pod kątem 45 stopni do osi magnetycznej. Czujnik Halla przytwierdzony jest w sposób stały do magnesu, a całość umieszczona jest w kompaktową sztywnej obudowie. W dolnej części pod czujnikiem Halla znajduje się cienka płytka wykonana z materiału magnetycznie obojętnego i jest odporna na ścierania. Napięcie wyjściowe uzyskane z czujnika Halla może służyć do bezpośredniego sterowania analogowego miernika wskazówkowego, jednak wymaga to w warunkach laboratoryjnych odpowiedniego wyskalowania podziałki. W celu uzyskania pełnej linearyzacji, z możliwością cyfrowego prezentowania wyniku pomiaru przewidziano zastosowanie techniki mikroprocesorowej.

Z polskiego opisu zgłoszeniowego Nr P-394282 znany jest magnetyczny czujnik do pomiaru przemieszczeń, który składa się z dwóch magnesów pierścieniowych, korzystnie neodymowych usytuowanych względem siebie równolegle biegunami jednoimiennymi lub dwóch cewek indukcyjnych połączonych w przeciwfazie, korzystnie w odległości równej promieniowi R każdego z magnesów lub cewek. Magnesy pierścieniowe lub cewki indukcyjne osadzone są w sposób trwały w korpusie wykonanym z materiału o bardzo małym współczynniku rozszerzalności temperaturowej w zakresie poniżej 6 x 10^-6 (m/mK), korzystnie ceramicznym. W przestrzeni środkowej między magnesami pierścieniowymi lub cewkami indukcyjnymi umieszczony jest liniowy czujnik Halla lub inny czujnik przystosowany do pomiaru natężenia pola magnetycznego.

Według wynalazku magnetyczny czujnik do pomiaru odległości i grubości powłok składający się z dwóch magnesów pierścieniowych, korzystnie neodymowych usytuowanych względem siebie, równolegle biegunami jednoimiennymi, korzystnie w odległości równej promieniowi R każdego z magnesów, które to magnesy pierścieniowe osadzone są w sposób trwały i nierozłączny w korpusie, a w przestrzeni środkowej między magnesami pierścieniowymi umieszczony jest liniowy czujnik Halla lub inny czujnik przystosowany do pomiaru natężenia pola magnetycznego, charakteryzuje się tym, że korpus jest metalową tuleją wykonaną z materiału o wąskiej pętli histerezy magnetycznej, korzystnie ze stali magnetycznie miękkiej a liniowy czujnik Halla lub inny czujnik przystosowany do pomiaru natężenia pola magnetycznego zamocowany jest w pionowej osi przestrzeni środkowej między magnesami pierścieniowymi i zespolony w sposób trwały z korpusem.

Magnetyczny czujnik do pomiaru odległości i grubości powłok, według wynalazku dzięki zastosowaniu metalowej tulei, która pełni funkcję magnetowodu, uzyskuje się znaczną koncentrację strumienia magnetycznego, który ulega rozproszeniu w funkcji odległości od substancji ferromagnetycznej, co zostaje zarejestrowane w postaci sygnału elektrycznego z czujnika Halla. Sygnał ten jest zbliżony do liniowego o napięciu na poziomie kilkuset mV, dalszą poprawę liniowości sygnału uzyskuje się przez zastosowanie wzmacniacza o charakterystyce logarytmicznej. Zastosowana tuleja pełni również rolę ekranu, który zabezpiecza przed działaniem zewnętrznych pól magnetycznych.

Przedmiot wynalazku zostanie bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia czujnik magnetyczny w przekroju podłużnym w ujęciu schematycznym, fig. 2 przedstawia wykres napięcia wyjściowego w funkcji odległości od ferromagnetyku.

Czujnik magnetyczny do pomiaru odległości i pomiaru grubości powłok składa się z dwóch neodymowych magnesów pierścieniowych 1 i 2 usytuowanych względem siebie równolegle biegunami jednoimiennymi N. Neodymowe magnesy pierścieniowe 1 i 2 umieszczone są od siebie w odległości równej promieniowi R każdego z magnesów 1 i 2 i osadzone w sposób trwały, nierozłączny w korpusie 3, będącym metalową tuleją wykonaną ze stali magnetycznie miękkiej charakteryzującej się wąską pętlą histerezy magnetycznej. W pionowej osi przestrzeni środkowej między magnesami 1 i 2 umieszPL 221 991 B1 czony jest na stałe liniowy czujnik Halla 4, który zamocowany jest w sposób trwały do korpusu 3. Metalowa tuleja 3 pełni funkcję magnetowodu, koncentrującego strumień magnetyczny w powierzchni czołowej czujnika. W przypadku zbliżania materiałów ferromagnetycznych skutkuje zmianą pola m agnetycznego między magnesami, w oddziaływaniu którego znajduje się umieszczony tam na stałe liniowy czujnik Halla 4, przetwarzający wartość natężenia pola magnetycznego na sygnał napięcia.

Claims (1)

1. Magnetyczny czujnik do pomiaru odległości i grubości powłok składający się z dwóch magnesów pierścieniowych, korzystnie neodymowych usytuowanych względem siebie, równolegle biegunami jednoimiennymi, korzystnie w odległości równej promieniowi R każdego z magnesów, które to magnesy pierścieniowe osadzone są w sposób trwały i nierozłączny w korpusie, a w przestrzeni środkowej między magnesami pierścieniowymi umieszczony jest liniowy czujnik Halla lub inny czujnik przystosowany do pomiaru natężenia pola magnetycznego, znamienny tym, że korpus (3) jest metalową tuleją wykonaną z materiału o wąskiej pętli histerezy magnetycznej, korzystnie ze stali magnetycznie miękkiej, a liniowy czujnik Halla (4) lub inny czujnik przystosowany do pomiaru natężenia pola magnetycznego zamocowany jest w pionowej osi przestrzeni środkowej między magnesami pierścieniowymi (1), (2) i zespolony w sposób trwały z korpusem (3).