Método y dispositivo para medir el espesor y la conductividad eléctrica de un objeto de medición.

Un metodo para la medicion sin contacto de una dimension y/o una propiedad electrica de un objetoelectricamente conductor que va a medirse usando induccion electromagnetica,

y metodo en el que se hace que uncampo electromagnetico penetre a traves del objeto que va a medirse, que comprende las etapas de:

- colocar una bobina transmisora (3) en un lado del objeto (5) que va a medirse,

- colocar una bobina receptora (7) en el otro lado opuesto del objeto (5) que va a medirse,

- generar un campo magnetico en la bobina transmisora (3)

- cambiar repentinamente el campo magnetico generado en la bobina transmisora (3), y

- detectar la tension (S1) inducida en la bobina receptora (7), caracterizado por las etapas de:

- determinar el periodo de tiempo (Ta) que transcurre desde el tiempo (t0) de la variacion del campomagnetico en la bobina transmisora (3) hasta el tiempo (t1) en el que una tension comienza a inducirse en labobina receptora (7),

- determinar la magnitud maxima (S1max) de la tension inducida en la bobina receptora (7), y

- calcular el espesor y/o la conductividad electrica del objeto (5) que va a medirse en funcion del periodo detiempo (Ta) y la tension maxima (S1max) inducida en la bobina receptora (7).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/SE2004/001981.

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).
  • 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-2395727_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Método y dispositivo para medir el espesor y la conductividad eléctrica de un objeto de medición

Campo de la técnica La presente invención se refiere principalmente a la determinación/ medición sin contacto de los parámetros o propiedades buscadas de un objeto que va a medirse, tal como, por ejemplo, dimensiones geométricas o propiedades eléctricas. Estos pueden ser el espesor o la conductividad eléctrica del objeto que va a medirse. La invención se refiere específicamente a la 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 tal como, por ejemplo, una lámina de metal.

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 diferentes cantidades/ parámetros del producto sea correcta y fiable. Esto se aplica, en particular, a la fabricación de una tira o lámina en la que, por ejemplo, el espesor es de una importancia vital. Las técnicas que se usan hoy en día tal como, por ejemplo, técnicas basadas en luz, técnicas basadas en radiación y técnicas con contacto mecánico, son a menudo sensibles a las perturbaciones en el entorno circundante y a la composición del material medido. Por lo tanto, los métodos conocidos no son adecuados para su uso cuando se tiene como objetivo la más alta calidad del material. Por lo tanto, es necesario mostrar una nueva técnica de medición fundamental, que no adolezca de estos defectos.

Técnica anterior

Se ha sugerido desde hace tiempo la técnica de medición inductiva como una técnica de medición posible para realizar mediciones de dimensiones y propiedades de metales. Los métodos más antiguos en el campo para el que se han presentado solicitudes de patente se remontan a fechas tan tempranas como 1920. Esta técnica nunca gozó realmente de aceptación y se empleó en el ámbito industrial debido a que la medición del espesor de un objeto se veía influenciada excesivamente por la composición del material.

Sólo después de la técnica que se da a conocer en los documentos US 5.059.902 y SE 517293 se volvieron un éxito 45 las mediciones y la técnica gozó de aceptación y se empleó en el ámbito industrial. Con la nueva técnica, podrían diseñarse dispositivos de medición industrialmente útiles y exitosos. Estos dispositivos de medición solucionaron los defectos de los que adolecía la técnica de medición de la técnica anterior.

Una desventaja de la presente nueva técnica, no obstante, ha sido que no ha sido posible usar esta para realizar mediciones de láminas muy delgadas tales como, por ejemplo, una lámina de metal. Esta es una desventaja considerable, debido a que una técnica de medición industrial debería poder aplicarse en general y ser capaz de medir unas láminas de diferentes espesores y de propiedades de materiales diferentes.

Otro método conocido para la medición sin contacto del espesor de una lámina es irradiar la lámina con una 55 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 constituye un valor medido primario del espesor de la misma. El valor medido se ve influenciado, no obstante, también por la composición del material, por lo que la precisión de la medición no es lo bastante buena.

También se conoce previamente la medición del espesor de una tira o una lámina de un material eléctricamente conductor con métodos de inducción eléctrica. Con el presente fin, se permite que una o más bobinas transmisoras generen un campo magnético variable en el tiempo que se hace que penetre en el material eléctricamente conductor y que induzca una corriente en el mismo. Esta corriente genera, a su vez, un campo magnético que induce una tensión en una o más bobinas receptoras. La tensión inducida se usa, después de un cierto procesamiento de señal,

como una medida del espesor.

Los métodos y dispositivos que son los más adecuados para el fin y, por lo tanto, son los más usados en la práctica, se basan en el uso de la variación en el tiempo que se recibe cuando la corriente a las bobinas transmisoras se corta de forma repentina, por ejemplo en una fase. Este método de obtención de una variación en el tiempo ha demostrado que proporciona métodos y dispositivos, los cuales son útiles en la práctica, en un grado considerablemente más alto que la técnica que se basa en una variación en el tiempo sinusoidal, la cual era la técnica que se usaba habitualmente con anterioridad.

El método que se describe en el documento US 5.059.902 ha demostrado que funciona bien en muchos contextos de medición en los que se ha tenido como objetivo la medición en materiales eléctricamente conductores. No obstante, cuando se realizan mediciones en una tira o lámina, se ha demostrado que no ha sido posible cumplir las demandas más elevadas de precisión de la medición. La medición en varios puntos en el tiempo, y los cálculos en función de estos valores medidos, dan como resultado unos errores totales demasiado grandes.

En el documento SE 517293 se describe un método de este tipo, el cual se basa en una corriente cortada de forma repentina a la bobina transmisora. Este método ha solucionado el problema de medición ya que, sustancialmente, una medición durante un cierto periodo de tiempo dado proporciona de forma inmediata el espesor de la tira o lámina sin verse influenciado por otros parámetros variables.

Este método ha supuesto un importante adelanto industrial para la fabricación de una lámina de metal. Con la introducción de esta técnica, ha sido posible medir el espesor sin verse influenciado por los parámetros del material como cuando se usa una técnica de isótopos, rayos X/ roentgen. No hay una influencia perturbadora que proceda de la composición de la región de medición, es decir, la composición del aire, la temperatura del entorno circundante o el material, aceite y suciedad, como cuando se usa una medición por rayos X, por isótopos o medición óptica. Aún así, la medición se realiza de una forma sin contacto o en ausencia de contacto.

No obstante, un problema es que la técnica no puede usarse cuando se mide una tira y lámina muy delgada. Para el presente tipo de medición, el campo magnético penetra con mucha rapidez en el centro de la tira o lámina, y la mayor parte de esta penetración tiene lugar durante un periodo de tiempo inicial. Cuando la medición real va a realizarse, es decir, durante un periodo de tiempo algo posterior, el efecto de la variación ya ha cesado y no se obtiene valor medido útil alguno.

No ser capaz de realizar mediciones en una tira y lámina delgada quiere decir que la utilidad del método se reduce considerablemente, debido a que el mismo usuario del método desea a menudo ser capaz de usar el dispositivo de medición en láminas tanto gruesas como delgadas. Por lo tanto, debe procurarse y usarse en paralelo otra técnica, lo que da como resultado costes adicionales, etc.

Con la técnica de la actualidad para una medición sin contacto de láminas delgadas, tal como radiación de rayos X y métodos radioactivos, la lámina no puede medirse con independencia del material; la medición debe adaptarse/ ajustarse a la vista de la composición del material medido. Además, la medición se ve influenciada por cosas diferentes de la lámina en la región de medición, tal como por aceite, agua, aire y otras impurezas. Estos problemas de la técnica existente constituyen unos problemas graves, los cuales limitan la fiabilidad de las técnicas conocidas y, por lo tanto, su utilidad.

Objetos y características más importantes de la invención Un problema importante que es necesario solucionar es que los dispositivos y métodos conocidos de medición de la técnica anterior no pueden usarse para la... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un método para la medición sin contacto de una dimensión y/o una propiedad eléctrica de un objeto eléctricamente conductor que va a medirse usando inducción electromagnética, y método en el que se hace que un campo electromagnético penetre a través del objeto que va a medirse, que comprende las etapas de:

- colocar una bobina transmisora (3) en un lado del objeto (5) que va a medirse, -colocar una bobina receptora (7) en el otro lado opuesto del objeto (5) que va a medirse, -generar un campo magnético en la bobina transmisora (3) -cambiar repentinamente el campo magnético generado en la bobina transmisora (3) , y -detectar la tensión (S1) inducida en la bobina receptora (7) , caracterizado por las etapas de: -determinar el periodo de tiempo (Ta) que transcurre desde el tiempo (t0) de la variación del campo magnético en la bobina transmisora (3) hasta el tiempo (t1) en el que una tensión comienza a inducirse en la bobina receptora (7) , -determinar la magnitud máxima (S1máx) de la tensión inducida en la bobina receptora (7) , y -calcular el espesor y/o la conductividad eléctrica del objeto (5) que va a medirse en función del periodo de tiempo (Ta) y la tensión máxima (S1máx) inducida en la bobina receptora (7) .

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el espesor o la conductividad eléctrica del objeto (5) que va a medirse se calcula en función del producto del periodo de tiempo (Ta) y la tensión máxima (S1máx) inducida en la bobina receptora (7) .

3. Un método de acuerdo con una o más de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el espesor o la conductividad eléctrica del objeto (5) que va a medirse se calcula en función del valor recíproco del producto del cuadrado de la tensión máxima (S1máx) inducida en la bobina receptora (7) y el periodo de tiempo (Ta) .

4. Un método de acuerdo con una o más de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la tensión (S1) inducida en la bobina receptora (7) se integra y por que el espesor o la conductividad eléctrica del objeto (5) que va a medirse se calcula en función del valor de esta señal integrada (S2) .

5. Un método de acuerdo con una o más de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la tensión (S1) inducida en la bobina receptora (7) se integra y por que el espesor o la conductividad eléctrica del objeto (5) que va a medirse se calcula en función del valor de esta señal integrada (S2) en por lo menos dos puntos diferentes en el tiempo (t2, t3) .

6. Un método de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado por que los dos puntos diferentes en el tiempo (t2, t3) se determinan por adelantado.

7. Un método de acuerdo con la reivindicación 5 o 6, caracterizado por que los dos puntos diferentes en el tiempo (t2, t3) se encuentran dentro del intervalo de tiempo (Tb) , es decir, entre el tiempo (t0) para una variación repentina del campo magnético en la bobina transmisora (3) y el tiempo (t4) en el que la tensión (S1) inducida en la bobina receptora (7) ha caído de forma segura por debajo de su valor máximo (S1máx) .

8. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5-7,

caracterizado por que los dos puntos diferentes en el tiempo (t2, t3) se encuentran dentro del intervalo de tiempo (Tb) pero después del periodo de tiempo (Ta) .

9. Un dispositivo de medición para la determinación sin contacto de una o más propiedades buscadas de un objeto (5) que va a medirse, tal como su dimensión geométrica y/o su conductividad eléctrica, que comprende por lo menos una bobina transmisora (3) y por lo menos una bobina receptora (7) que están ubicadas una 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 (S1) inducida en la bobina receptora (7) , en el que

-la bobina transmisora (3) se dispone para generar un campo magnético variable, -la bobina receptora (7) se dispone para generar una tensión (S1) cuando se está sometiendo a una variación del campo magnético variable, y -un circuito de control (1) se dispone para iniciar una variación repentina del campo magnético en la bobina transmisora (3) , caracterizado por que -unos medios (10, 11, 12, 13) se disponen para determinar el tiempo (t1) para la penetración del campo magnético a través del objeto (5) que va a medirse y, por lo tanto, el periodo de tiempo (Ta) , -unos medios (13) se disponen para detectar la máxima tensión inducida (S1máx) en la bobina receptora (7) , y unos medios (13) se disponen para calcular, en función del periodo de tiempo (Ta) y la máxima tensión inducida S1máx, el espesor o la conductividad eléctrica del objeto (5) que va a medirse.

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

caracterizado por que un integrador (10) se dispone para integrar la señal de tensión (S1) inducida en la bobina receptora (7) .

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

caracterizado por que unos circuitos (10-12) se disponen para medir la tensión (S1) inducida en la bobina receptora (7) en dos tiempos diferentes (t2, t3) después de un tiempo (t0) para la interrupción en la bobina transmisora (3) .

12. Un dispositivo de medición de acuerdo con una o más de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado por que unos circuitos (10-12) se disponen para detectar el periodo de tiempo (Ta) que transcurre desde el tiempo (t0) para la variación del campo magnético en la bobina transmisora (3) hasta el tiempo (t1) en el que una tensión comienza a inducirse en la bobina receptora (7) .


 

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