Método y dispositivo para la medición electromagnética del espesor y la conductividad eléctrica.

Un método para la determinación sin contacto de las propiedades buscadas de un objeto que va a medirse (2) talcomo,

por ejemplo, su dimensión geométrica o su conductividad eléctrica, usando inducción electromagnética, en elque:

- se genera un campo electromagnético en una bobina transmisora (3), que se coloca en un lado del objetoque va a medirse (2),

- el campo magnético que penetra a través del objeto que va a medirse (2) se detecta mediante una bobinareceptora (4) colocada en el otro lado del objeto (2) que va a medirse,

- se genera una variación en el campo magnético de la bobina transmisora (3),

- se detecta una variación de campo en la bobina receptora (4)

caracterizado por



- colocar una bobina de control (5) cerca de la bobina transmisora (3),

- detectar una variación de campo en la bobina de control (5),

- determinar una diferencia de tiempo en el tiempo para la detección de la variación de campo en la bobinade control (5) y en la bobina receptora (4), respectivamente,

- determinar un tiempo de penetración del campo magnético (T2) a través del objeto (2) que va a medirse, esdecir, el tiempo que se necesita para que la variación en el campo magnético penetre en el objeto que va amedirse y se detecte en el otro lado, y

- determinar, a partir de la diferencia de tiempo y el tiempo de penetración (T2), el espesor o la conductividadeléctrica del objeto (2) que va a medirse.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/SE2004/001983.

Solicitante: ABB AB.

Nacionalidad solicitante: Suecia.

Dirección: KOPPARBERGSVÄGEN 2 721 83 VÄSTERÀS SUECIA.

Inventor/es: LINDER, STEN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G01B7/02 SECCION G — FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01B MEDIDA DE LA LONGITUD, ESPESOR O DIMENSIONES LINEALES ANALOGAS; MEDIDA DE ANGULOS; MEDIDA DE AREAS; MEDIDA DE IRREGULARIDADES DE SUPERFICIES O CONTORNOS.G01B 7/00 Disposiciones de medida caracterizadas por la utilización de medios eléctricos o magnéticos. › para la medida de la longitud, el ancho o el espesor (G01B 7/004, G01B 7/12 tiene prioridad).
  • G01N27/72 G01 […] › G01N INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION DE SUS PROPIEDADES QUIMICAS O FISICAS (procedimientos de medida, de investigación o de análisis diferentes de los ensayos inmunológicos, en los que intervienen enzimas o microorganismos C12M, C12Q). › G01N 27/00 Investigación o análisis de materiales mediante el empleo de medios eléctricos, electroquímicos o magnéticos (G01N 3/00 - G01N 25/00 tienen prioridad; medida o ensayo de variables eléctricas o magnéticas o de las propiedades eléctricas o magnéticas de los materiales G01R). › investigando variables magnéticas.
  • G01R27/00 G01 […] › G01R MEDIDA DE VARIABLES ELECTRICAS; MEDIDA DE VARIABLES MAGNETICAS (indicación de la sintonización de circuitos resonantes H03J 3/12). › Dispositivos para realizar medidas de la resistencia, reactancia, impedancia, o de características eléctricas derivadas.

PDF original: ES-2395729_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Método y dispositivo para la medición electromagnética del espesor y la conductividad eléctrica

Campo de la técnica La presente invención se refiere principalmente a la medición sin contacto de dimensiones y propiedades tales como, por ejemplo, la resistividad de un objeto. La invención se refiere específicamente a una medición sin contacto que utiliza medidas e inducción electromagnética en objetos eléctricamente conductores pero sustancialmente no magnéticos tales como, por ejemplo, productos de metal.

Un campo particular de aplicación es la medición de espesor en la fabricación de láminas de metal, una tira de metal, etc. y, por ejemplo, cuando sea necesario medir de forma continua el espesor de la lámina para poder aumentar la calidad final de la tira o lámina.

La invención puede usarse también para realizar mediciones de objetos no metálicos pero eléctricamente conductores.

La invención es especialmente adecuada para la medición sin contacto y simultánea del espesor y las propiedades eléctricas de material metálico y no magnético delgado.

Antecedentes de la invención La medición de dimensiones y propiedades de productos de metal es de una importancia vital en la industria del

metal de hoy en día. Para poder controlar los productos finales a la calidad deseada en los procesos de fabricación, es de gran importancia que la medición continua de ciertas cantidades sea correcta y fiable. Esto se aplica, en particular, a la fabricación de una tira o lámina cuando, por ejemplo, el espesor es de una importancia vital. La técnica que se usa hoy en día normalmente se basa en luz o radiación o contacto mecánico.

Un método conocido de este tipo para la medición sin contacto del espesor de una lámina es irradiar la misma con una radiación radioactiva o con una radiación de rayos X y medir a continuación la absorción de radiación de la lámina. Esta absorción depende, entre otras cosas, del espesor de la lámina y, por lo tanto, constituye un valor medido primario del espesor del objeto que va a medirse. El valor medido se ve influenciado, no obstante, por la composición del material del objeto que va a medirse, por lo que la precisión de la medición no es lo bastante buena.

Las técnicas conocidas son también sensibles a las perturbaciones procedentes del entorno circundante y son difíciles de usar cuando se tiene como objetivo una alta calidad del material. Por lo tanto, es deseable una nueva tecnología de medición fundamental, que no adolezca de estas deficiencias.

Una técnica de este tipo es la técnica de medición inductiva. Esta se ha propuesto desde hace tiempo como una técnica de medición posible para realizar mediciones de dimensiones y propiedades de metales. Las patentes más antiguas en el campo se remontan a fechas tan tempranas como 1920. No obstante, esta técnica ha obtenido un éxito limitado y no gozó de aceptación en el ámbito industrial hasta que la técnica se desarrolló adicionalmente.

La medición de, por ejemplo, el espesor, demostró ser demasiado dependiente del material. Con la técnica que se da a conocer, por ejemplo, en los documentos US 5.059.902 y SE 517293, un equipo de medición industrialmente exitoso podría diseñarse, fabricarse y usarse repentinamente. Estos varios tipos de equipo de medición han demostrado que funcionan bien y que carecen de las deficiencias de las que adolecía la técnica de medición de la técnica anterior.

No obstante, también se ha mostrado que esta nueva técnica implica ciertos inconvenientes. Una desventaja es, por ejemplo, que no ha sido posible usar esta para la medición en láminas realmente delgadas con unos espesores reducidos a aproximadamente 0, 1 mm para cobre y aluminio, es decir, lámina de metal, y para espesores algo mayores para metales con una alta resistividad eléctrica. Esto es un inconveniente significativo debido a que una 55 técnica de medición industrial de este tipo debería poder aplicarse y usarse en general para realizar mediciones en objetos/ láminas de todos los espesores disponibles con el fin de evitar la necesidad de instalar y usar varios tipos diferentes de equipo de medición.

Con una técnica adicionalmente desarrollada, se ha encontrado que es posible, usando una técnica electromagnética, medir también láminas realmente delgadas. Un problema cuando se realizan mediciones en láminas muy delgadas, tal como láminas de metal, es que el tiempo de penetración de los campos magnéticos, es decir, el tiempo que se necesita para que una variación de campo penetre a través de un objeto que va a medirse y se detecte en el otro lado, es muy corto y, por lo tanto, en la práctica es difícil medir con fiabilidad usando la tecnología actual. La razón para esto es que el tiempo de penetración es tan corto que este puede verse perturbado 65 fácilmente por otros retardos en el sistema de medición. Por ejemplo, siempre tiene lugar un cierto retardo en los componentes electrónicos del propio dispositivo de medición.

Objetos y características más importantes de la invención Un problema con la técnica anterior es que el retardo que surge cuando la medición se lleva a cabo en un sistema eléctrico / electrónico no depende sólo del tiempo real de penetración sino que se ve influenciado también por los retardos en los varios circuitos y componentes electrónicos del equipo de medición. Cuando el tiempo de penetración es largo, como para láminas más gruesas, este “retardo de tiempo electrónico” no constituye un problema decisivo, debido a que el mismo es considerablemente más corto que el tiempo de penetración. Cuando el tiempo de penetración es muy corto, por ejemplo para materiales delgados, surge un problema ya que el retardo de tiempo electrónico se vuelve tan largo como, o más largo que, el tiempo de penetración de la variación de campo en el objeto que va a medirse, la lámina. Para ser capaz de medir con suficiente precisión, el tiempo de retardo electrónico debe conocerse y debe crearse una técnica para manejar esto. Esto es de una importancia decisiva para permitir la medición en láminas delgadas.

Así mismo, cuando se usa la técnica de medición de acuerdo con los documentos US 5.059.902 y SE 517293, existe 15 un problema cuando se desea la más alta precisión, en conexión con los retardos en los circuitos electrónicos.

Un objeto de la presente invención es solucionar los problemas que se mencionan anteriormente y sugerir un dispositivo de medición que, con una alta precisión, sea capaz de determinar el espesor de un objeto metálico que va a medirse.

Otro objeto de la invención es solucionar, en todos los aspectos esenciales, el problema de medición de ser capaz de medir también una lámina delgada con el mismo tipo de equipo como se usa en, por ejemplo, el documento SE 517293. En el caso de láminas muy delgadas, surge el problema de calcular correctamente el tiempo de penetración, ya que los retardos en la electrónica necesaria para la medición son del mismo orden de magnitud que este tiempo de penetración y ya que estos dos tiempos no pueden separarse.

El objeto que se menciona anteriormente puede lograrse mediante un método y un dispositivo de acuerdo con, respectivamente, las reivindicaciones independientes 1 y 9.

El presente problema se soluciona, de acuerdo con la invención, mediante las siguientes etapas de método:

- colocar una bobina de control (5) cerca de la bobina transmisora (3) , -detectar una variación de campo en la bobina de control (5) , -determinar una diferencia de tiempo en el tiempo para la detección de la variación de campo en la bobina de

control (5) y en la bobina receptora (4) , respectivamente, -determinar un tiempo de penetración del campo magnético (T2) a través del objeto (2) que va a medirse, es decir, el tiempo que se necesita para que la variación en el campo magnético penetre en el objeto que va a medirse y se detecte en el otro lado, y -determinar, a partir de la diferencia de tiempo y el tiempo de penetración (T2) , el espesor o la conductividad eléctrica del objeto (2) que va a medirse.

La invención también se refiere a un dispositivo para la determinación sin contacto de una o más propiedades buscadas de un objeto 2 que va a medirse, tal como su dimensión geométrica o su conductividad eléctrica, que comprende por lo menos una bobina transmisora 3 y por lo menos una bobina receptora 4 que están ubicadas una 45 en relación espacial con la otra, así como unos medios para generar un campo magnético variable en la bobina transmisora 3 y unos medios para detectar una tensión S4 inducida en la bobina receptora 4.

El dispositivo de medición comprende disponer... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un método para la determinación sin contacto de las propiedades buscadas de un objeto que va a medirse (2) tal

como, por ejemplo, su dimensión geométrica o su conductividad eléctrica, usando inducción electromagnética, en el 5 que:

- se genera un campo electromagnético en una bobina transmisora (3) , que se coloca en un lado del objeto que va a medirse (2) , -el campo magnético que penetra a través del objeto que va a medirse (2) se detecta mediante una bobina receptora (4) colocada en el otro lado del objeto (2) que va a medirse, -se genera una variación en el campo magnético de la bobina transmisora (3) , -se detecta una variación de campo en la bobina receptora (4)

caracterizado por

-colocar una bobina de control (5) cerca de la bobina transmisora (3) ,

-detectar una variación de campo en la bobina de control (5) , -determinar una diferencia de tiempo en el tiempo para la detección de la variación de campo en la bobina de control (5) y en la bobina receptora (4) , respectivamente, -determinar un tiempo de penetración del campo magnético (T2) a través del objeto (2) que va a medirse, es decir, el tiempo que se necesita para que la variación en el campo magnético penetre en el objeto que va a medirse y se detecte en el otro lado, y -determinar, a partir de la diferencia de tiempo y el tiempo de penetración (T2) , el espesor o la conductividad eléctrica del objeto (2) que va a medirse.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la bobina de control (5) se encuentra en el 25 mismo lado que la bobina transmisora (3) en relación con el objeto (2) que va a medirse.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que el tiempo de penetración (T2) a través del objeto (2) que va a medirse se determina en función del tiempo (t5) para la detección de la variación de campo en la bobina de control (5) , y el tiempo (t4) para la detección de la variación de campo en la bobina receptora (4) .

4. Un método de acuerdo con una o más de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que una tensión (S4) inducida en la bobina receptora (4) se mide en dos tiempos diferentes después de que el campo magnético en la bobina transmisora (3) haya cambiado de forma repentina.

5. Un método de acuerdo con una o más de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el espesor o la conductividad eléctrica del objeto (2) que va a medirse se calcula en función del tiempo de penetración (T2) y una tensión máxima (S4máx) inducida en la bobina receptora (4) .

6. Un método de acuerdo con una o más de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el espesor o la conductividad eléctrica del objeto (2) que va a medirse se calcula en función del valor recíproco del producto del cuadrado de la tensión máxima (S4máx) inducida en la bobina receptora (4) y el tiempo de penetración (T2) .

7. Un método de acuerdo con una o más de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que

la tensión (S4) inducida en la bobina receptora (4) se integra y por que el espesor o la conductividad eléctrica del objeto (2) que va a medirse se calcula en función de esta señal integrada (S17) .

8. Un método de acuerdo con una o más de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la tensión (S4) inducida en la bobina receptora (4) se integra y por que el espesor o la conductividad eléctrica del objeto (2) que va a medirse se calcula en función del valor de esta señal integrada (S17) por lo menos en dos tiempos diferentes.

9. Un dispositivo de medición para la determinación sin contacto de una o más propiedades buscadas de un objeto que va a medirse (2) , tal como, por ejemplo, su dimensión geométrica o su conductividad eléctrica, que comprende

por lo menos una bobina transmisora (3) y por lo menos una bobina receptora (4) que se encuentran separadas una de otra, así como unos medios para generar un campo magnético variable en la bobina transmisora (3) y unos medios para detectar una tensión (S4) inducida en la bobina receptora (4) , caracterizado por que

-se dispone una bobina de control (5) para detectar una variación en el campo magnético generado en la bobina transmisora (3) , -se disponen unos medios para detectar la diferencia en el tiempo entre una señal a partir de la bobina de control (S5) y la tensión inducida en la bobina receptora (S4) que se generan mediante la variación en el campo magnético en la bobina transmisora (3) , -se disponen unos medios para determinar el tiempo de penetración (T2) a través del objeto (2) que va a

medirse, es decir, el tiempo que se necesita para que la variación en el campo magnético penetre en el objeto que va a medirse y se detecte en el otro lado, y -se disponen unos medios para determinar, a partir de la diferencia de tiempo y el tiempo de penetración (T2) , el espesor o la conductividad eléctrica del objeto (2) que va a medirse.

10. Un dispositivo de medición de acuerdo con la reivindicación 10,

caracterizado por que unos medios (18, 19) se disponen para detectar una tensión máxima (S4máx) inducida en la bobina receptora (4) , y por que se disponen unos medios para calcular, a partir de la tensión máxima inducida en la bobina receptora, el espesor o la conductividad eléctrica del objeto (2) que va a medirse.

11. Un dispositivo de medición de acuerdo con la reivindicación 9 o 10,

caracterizado por que la bobina de control (5) se dispone en el mismo lado del objeto (2) que va a medirse que la bobina transmisora (3) .

12. Un dispositivo de medición de acuerdo con la reivindicación 9, 10 y/o 11,

caracterizado por que se dispone un integrador (17) para integrar la señal de tensión (S4) inducida en la bobina receptora (4) .

13. Un dispositivo de medición de acuerdo con las reivindicaciones 9-12, caracterizado por que unos circuitos (1619) se disponen para medir la tensión (S4) inducida en la bobina receptora (4) en dos tiempos diferentes después de un tiempo (t1) para la interrupción en la bobina transmisora (3) .


 

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