Схема. Измеритель толщины полимерной пленки
Прочитав статью А. Вельского «Оценка толщины лакокрасочного покрытия» («Радио», 2002, № 2, с. 57), я решил применить описанное в ней простое устройство для контроля толщины полимерной пленки. Однако выяснилось, что для этой цели его точность недостаточна, шкала отсчета нелинейна, а ее длина используется далеко не полностью. Эти особенности отмечает и автор указанной статьи.
В результате совершенствования измерителя появилась схема, показанная на рисунке. Собранный по ней прибор измеряет толщину любых диэлектрических пленок, в том числе лакокрасочных покрытий, в интервале 0,05…1 мм с погрешностью не более 5 %.
Генератор на транзисторе VT1 через трансформатор Т1 питает переменным током частотой приблизительно 1000 Гц измерительный мост L1L2R3R7. Катушка L1 с разомкнутым магнитопроводом — датчик. Если торцы ее магнитопровода плотно прижаты к гладкой поверхности пластины из мягкой стали, индуктивность датчика максимальна и равна индуктивности образцовой катушки L2. Точного баланса моста добиваются подстроечным резистором R3. Если между торцами магнитопровода датчика и пластиной поместить диэлектрическую пленку, мост разбалансируется и на входе двухкаскадного усилителя на транзисторах VT2 и VT3 появится переменное напряжение амплитудой, пропорциональной толщине пленки. Усиленный сигнал, выпрямленный диодами VD1 и VD2 (конденсатор С8 — сглаживающий), поступает на вход усилителя постоянного тока на транзисторе VT4, к коллектору которого через резистор R17 подключен микроамперметр РА1. Второй вывод микроамперметра соединен через кнопку SB1 с коллектором транзистора VT5 (непосредственно или через резистор R19 в зависимости от выбранного поддиапазона измерений). При сбалансированном измерительном мосте стрелку микроамперметра РА1 устанавливают на ноль переменным резистором R18. Благодаря тому что каскады на транзисторах VT4 и VT5 идентичны, изменение температуры окружающей среды не вызывает заметного «ухода» стрелки и не вносит погрешности в результат измерения. При замкнутом выключателе SA1 максимальная измеряемая толщина — 0,2 мм, при разомкнутом — 1 мм.
Прибор питают напряжением 12 В от любого стабилизированного источника. Я использовал блок питания телевизионного антенного усилителя. Можно применить и батарею гальванических элементов. Напряжения 7…8 В вполне достаточно, поэтому подойдут батареи «Крона» или «Корунд». В этом случае в качестве SB1 рекомендуется установить кнопку с двумя группами контактов. Вторая группа, включенная последовательно в цепь батареи, послужит выключателем питания, что предохранит батарею от разрядки в перерывах между измерениями.
Я смонтировал прибор в корпусе авометра Ц43101, оставив в нем «родной» микроамперметр. Трансформатор Т1 — выходной от транзисторного приемника «Россия-301». В коллекторную цепь транзистора VT1 включена его высокоомная обмотка. Катушки L1 и L2 — телефонные капсюли ТА-56 со снятыми крышками и мембранами.
Измерительный «столик» из стального листа толщиной 3 мм с гладкими и свободными от коррозии верхней и нижней поверхностями я разместил на верхней панели прибора. Снизу внутри корпуса прижал к столику жестяным хомутом катушку L2 (образцовую). Катушку L1 (датчик) устанавливаю на столик сверху, подложив под нее измеряемую пленку, а при проверке нуля — без пленки. Чтобы получить отсчет, нажимаю кнопку SB1. Этого не рекомендуется делать, когда датчик не находится на столике. Стрелка микроамперметра, резко отклонившись, может удариться об упор и согнуться.
Собрав и включив прибор, прежде всего проверьте осциллографом наличие переменного напряжения на обмотке II трансформатора Т1. Катушку L1 плотно прижмите к поверхности измерительного столика и подстроечным резистором R3 добейтесь минимальных показаний высокоомного вольтметра, подключенного к выводам конденсатора С8. Затем, отключив вольтметр и нажав кнопку SB1, переменным резистором R18 установите стрелку микроамперметра РА1 на нулевую отметку. Проградуируйте шкалу прибора, подкладывая под катушку-датчик образцы пленки известной толщины. Необходимых пределов измерения добиваются подборкой резисторов R17 и R19.
В. НАРЫЖНЫЙ, г. Батайск Ростовской обл.
«Радио» №3 2004г.
