专利名称:测量铝阳极氧化膜封闭质量的导纳仪的制作方法
本发明是一种用于检查铝阳极氧化膜封闭质量的导纳测量仪。
《PRODu CT FINISHING》1978年第5期极导了ANOTEST-yD型导纳仪如图1所示，它由电解池(2)、探头(1)、(3)、振荡器(5)高电抗元件(4)、放大器(6)、带通滤波器(7)、检波器(8)、低通滤波器(9)和指示仪表(10)组成。振荡器(5)输出的1000Hz交流信号经过高电抗元件(4)送到电解池(2)，由探头正极(3)拾取的导纳信号经放大器放大，再经带通滤波器选出1000Hz信号。滤掉干扰信号，这一信号经过二极管检波器变成直流脉动信号，再经低通滤波器变成平滑的直流信号，利用这一信号去推动指示仪表。在仪表的刻度盘上就指示出测量的导纳数值，该仪器可直接指示出导纳值。不需要做在交流电桥中涉及的那种平衡调节，操作比较方便，结构也比较简单。其缺点是第一，它所采用的检波器(8)是一只普通的二极管，由于受到二极管正向压降，非线性的伏安特性和温度特性的影响，检波误差比较大，特别是在检波Ⅳ以下的小信号时，误差相当大，造成输出直流信号与输入交流信号的非线性关系。另外由探头正极拾取的输入电压信号与被测导纳数值具有如图2A所示的反比例的关系。即μidl/y。对于这种非线性的信号，该仪器利用了非线性刻度的仪表来指示测量值。误差比较大(精度为满量程的±3%)，通常要求仪器工作在量程的1/3以上的范围。而如图2A所示，当测量值比较大，且导纳值变化很大时，信号电压都变化很小，这就造成越靠近量程的高端，仪器的灵敏度就越低，由于高端的分辨率降低，使得高端的测量值难以读出，降低了高端的测量精度，限制了高端量程的扩展。第二，由于测量值是由铝基底，氧化膜和电解液构成的这种结构的表观导纳值，这一数值要受到测量面积、环境温度和氧化膜厚度的影响。这些条件不同，测量的结果也不同。为使得到的导纳值能相互比较，作为评价铝阳极氧化膜封闭质量的有用数据。有关的国际标准ISO2931规定用三个修正公式，将测量值换算到面积为133mm2，温度为25℃，膜厚为20μm这一标准条件下，换算后得到的修正导纳值，就可作为评价铝阳极氧化膜封闭质量的数据。该仪器的这一修正工作是由试验人员的手工劳动来完成的，既麻烦，又费时。
本发明的目的是为了克服上述仪器的缺陷，实现模拟信号的线性化。使输出的直流电压信号与被测量的导纳值成正比，并利用数字化测量技术，实现数字显示。这样一来，在全量程范围内可得到一致的测量精度。提高了测量精度和分辨率，扩大了量程，数据的读取也很方便。本发明的另一个目的是简化国际标准ISO2931规定的试验步骤，由仪器完成测量值的修正换算工作，直接用数字显示出用于评价阳极氧化膜封闭质量的修正导纳值。
本发明测量铝阳极氧化膜封闭质量的导纳仪(如图3所示)由电解池(2)，探头(1)、(3)、振荡器(5)、高电抗元件(4)，放大器(6)、带通滤波器(7)线性检波器(8)，低通滤波器(9)、数字显示器(10)，除法器(17)、测温电路(11)，自动换算电路、键盘等构成。由振荡器(5)输出的1000Hz交流信号经高电抗元件(4)探头(1)、(3)加到被测导纳上。由探头正极(3)拾取的电压信号经放大器(6)放大，再经滤波器(7)滤波，得到纯净的1000Hz交流信号，再经线性检波器(8)得到与输入交流成精确线性关系的直流脉动信号，再经低通滤波器(9)得到平滑的直流信号，将它送到除法器(17)进行除法运算，除法器的输出与输入成反比关系，因为其输入信号恰与被测量的导纳值成反比关系，所以除法器运算后的输出信号就与被测量导纳值成正比关系(如图2B所示)，实现了模拟信号的线性化。
其测温和自动换算电路是以具有存貯功能的计算器芯片(16)为核心，在电路设计时已将规定的三个换算公式编成计算程序，存貯在计算器中。测量工作按下列四个步骤进行①存入数据。通过键盘(13)，控制寻址电路(12)，经门(15)分别寻找到计算器(16)中的厚度和面积存貯单元地址，然后利用键盘(13)的数据输入键将膜厚和面积数据分别存入计算器(16);②测量。开关k置T，由测温电路(11)测量环境温度，温度信号经模/数转换器(14)变换成数字信号，再经门(15)存入计算器(16)，同时在数字显示器(10)上显示出温度值;③导纳测量。开关K置y，导纳信号经模/数转换器(14)和门(15)送入计算器(16)，同时在数字显示器(10)上显示出测量的导纳值;④换算。由键盘(13)上的换算键控制，计算器(16)按预先存入的计算程序换算出修正的导纳值。这一数值在数字显示器(10)上显示出来。以上测量工作受到时序控制电路(18)发出的操作控制脉冲的控制。
其线性检波器(如图4所示)由运算放大器(5)、二极管(3)、(4)和电阻(1)(2)构成。在输入信号的正半周，放大器(5)输出为负，二极管(3)导通。(4)截止、输出电压u
为零，在输入信号的负半周，放大器(5)输出为正。二极管(3)截止，(4)导通，(1)(5)(2)构成反相放大器，输出uo成为与输入ui成线性关系的正极性脉动直流信号，这一信号再通过低通滤波器，就实现了交流信号到直流信号的线性转换。
其除法器(如图5所示)由模拟乘法器(1)运算放大器(2)和电阻(3)、(4)构成。VR是一个恒定电压，因为I1＝I2，取电阻3＝4，则Vm＝-VR，据模拟乘法器(1)的输出特性Vm＝K·Vi·Vo ……(1)得到Vo＝ (Vm)/(K·Vi) ＝- (VR)/(K·Vi) ……(2)式中K为乘法器(1)的相乘系数，利用这个电路就可实现对输入信号Vi的模拟除法运算，使输出Vo与输入Vi成反比关系。
其测温电路(如图6所示)由温度传感器(3)，电阻(2)和运算放大器(4)构成一个反相放大器，当温度变化时，传感器(3)的电流I1发生与绝对温度成正比的变化，而I2会发生等量变化，这时在输出端就可得到与绝对温度成正比的电压信号Vo。
其模/数转换器电路由单片A/D转换器，寄存器、门电路和译码器构成、输入的模拟信号经A/D转换器变成BCD码，送到寄存器，寄存器的输出在操作控制脉冲的控制下，经过门电路和译码器变成串行输出的十进制信号送到计算器中。
其时序控制电路由时基发生器，循环计数器，触发器和门电路构成，其功能是对测温，测导纳以及换算等不同的工作状态向计算器发出不同的控制信号，用于控制计算器的操作。
其寻址电路由计数器，触发器和门电路构成，它在寻址键控制下可依次调出原来存入各存貯单元的面积，膜厚和温度数据，如果某一数据需要改写，可在调出该数据后用键盘打入新的数据，然后在存入键控制下存入计算器。
其键盘由数据输入键和操作键构成，用于输入厚度、面积等数据和进行测量及换算等功能的操作。
图1为ANDTEST-yD型仪器的导纳测量原理方框图，图2A为反比例函数曲线;图2B为正比例函数曲线，图3为本发明的原理方框图;图4为线性检波器原理图;图5为除法器原理图;图6为测温电路原理图。
本发明的优点是①解决了模拟信号的线性化问题，实现了数字显示，从而提高了测量精度和分辨率，扩大了量程，方便了测量数据的读取。②实现了自动测温和自动换算，可直接显示出用于评价铝阳极氧化膜封闭质量的修正导纳值，省掉了手工换算工作，使国际标准ISO2931规定的试验步骤得到简化。
权利要求
1.本发明是一种用于检查铝阳极氧化膜封闭质量的导纳测量仪(图3)。它由电解池(2)。探头(1)、(3)、振荡器(5)高电抗元件(4)。放大器(6)。带通滤波器(7)。低通滤波器(9)组成。其特征是所述的导纳仪还包括一个除法器(17)、一个测温电路(11)。一个自动换算电路。一个数字显示器(10)和一个线性检波器(8)。
2.按照权利要求
1所述的线性检波器(图4)，其特征是它有一个放大器(5)和两个二极管(3)、(4)，其中二极管(3)接在放大器的负反馈电路中，二极管(4)接在放大器的输出电路中。
3.按照权利要求
1所述的除法器(图5)，其特征是它有一个放大器(2)和一个接在放大器(2)的反馈回路中的模拟乘法器(1)。
4.按照权利要求
1所述的测温电路(图6)其特征是它有一个温度传感器(3)和一个放大器(4)，其输出电压信号Vo同环境温度成正比。
5.按照权利要求
1所述的自动换算电路(图3)，其特征是它有一个具有存貯功能的计算器芯片(16)，一个模/数转换器(14)，一个寻址电路(12)一个时序控制电路(18)一个门电路(15)一个键盘(13)和一个数字显示器(10)。
6.按照权利要求
5所述的模/数转换器，其特征是它由单片A/D转换器，寄存器，译码器和门电路构成。
7.按照权利要求
5所述的时序控制电路，其特征是它由时基发生器，循环计数器、触发器和门电路构成。
8.按照权利要求
5所述的寻址电路，其特征是它由计数器，触发器和门电路构成。
9.按照权利要求
5所述的键盘，其特征是它由数据输入键和操作键构成。
专利摘要
测量铝阳极氧化膜封闭质量的导纳仪。它由电解池、探头、振荡器、高电抗元件、放大器、带通滤波器、线性检波器、低通滤波器、数字显示器、除法器、测温电路、自动换算电路构成。本发明解决了模拟信号的线性化问题，实现了数字显示，提高了测量精度和分辨率，扩大了量程，方便了数据读取，实现了自动测温和自动换算，简化了试验步骤，节省了工时。
文档编号G01N27/26GK86100248SQ86100248
公开日1986年9月3日 申请日期1986年1月10日
发明者张凤林, 王兴库 申请人:机械工业部沈阳仪器仪表工艺研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan