Толщиномер лакокрасочных покрытий на Arduino. Измеритель толщины Толщиномер своими руками схемы

Эта статья будет о полезном для автолюбителей девайсе, как же все-таки это слово (девайс) подходит ко всему, о толщиномере краски. Самое интересное, что толщиномер рассмотренный в нашей статье изготовлен своими руками, то есть прост в использовании и дешев. Это значит, что практически каждый заинтересованный автолюбитель сможет собрать себе подобный толщиномер, без особых проблем и расходов.

Да, конечно, данный прибор не претендует на абсолютно точные измерения, имеет свои недостатки, так как не сможет работать окрашенным пластиком. Тем не менее, для явных проблемных зон кузова, когда толщина шпатлевки будет измеряться в миллиметрах, он точно будет полезен. Даже скажем так, он станет явным фактом, который можно будет использовать для аргументации снижения цены, либо для принятия решения об отказе покупки проверяемого автомобиля. Здесь многие могут сказать, что обладая высокоразвитой логикой мышления и значительным опытом они итак смогут сказать, что машина была крашена и сделана, но не все же такие проницательные… Так что возможно кому-то и такой вариант станет незаменимой альтернативой.

Принцип действия толщиномера краски изготовленного своими руками

Здесь как все гениальное, которое просто, есть некая аналогия. Фактически есть упругий элемент - резинка и магнит. Магнит удерживается на кузове и оттягивается посредством этого самого упругого элемента. В итоге, каждый раз при отрыве магнита от кузова, в зависимости от толщины краски и силы примагничивания, будет по-разному проявляться свойства этого упругого элемента, тем самым указывая на отклонения, относительно предыдущего измерения. На основании этого и можно будет сделать вывод о том, где только слой краски, а где есть еще и шпатлевка.

Изготовление толщиномера краски своими руками

За основу взята обычная пищущая ручка. Так на стержень, на его конец скотчем закреплен неодимовый магнит. Неодиомывый так как у него наиболее сильно проявлятся притягивающие свойства, а значит показания, при измерении, можно достичь более высокие. Также несколько отрезков самоклеющейся пленки, можно ее заменить впрочем и на обычную изоленту. На другом концестержня закреплена резинка-жгут. Вроде того, который используется на очках для плавания. Второй конец резинки прожжет через корпус ручки и также закреплен скотчем. Все делается быстро и требует каких-либо особых умений и инструмента.

Теперь можно провести и полевые испытания, скажем на кухонном холодильнике. В зависимости от выдвижения стержня до его отрыва, можно сделать заключение о расстоянии от металла до прилегающего к кузову магнита. Так если стержень выдвинулся незначительно, значит расстояние большое. Такой случай будет характерен для слоя шпатлевки на кузове машины. Что укажет на то, что машина ремонтировалась. Если же стержень выдвигается на большую длину, то здесь лишь слой краски, без шпатлевки.

Даже толщина листа бумаги уже дает знать о изменении силы притяжения магнита.

Еще раз повторимся, что данный толщиномер будет полезен лишь начинающим автолюбителям, так как точность его не высока, да и покраска деталей без использовании шпатлевки никак не проявится при использовании подобного прибора. Тем не менее и такой прибор станет кому-то подспорьем, о чем мы уже говорили в начале нашей статьи.
Если же вы хотите приобрести электронный толщиномер, то не лишним будет прочитать . В которой рассказывается о видах толщиномеров и о принципе их работы.

При проведении работ, связанных с покраской металлических поверхностей, зачастую появляется потребность определения толщины лакокрасочного покрытия автомобиля. Существует несколько способов это сделать.

В промышленном производстве для этого как правило используют ультразвуковые толщиномеры, которые функционируют по принципу эхолокации. К лакокрасочному покрытию прикладывается датчик, являющийся по сути пьезо-преобразователем, на который поступают серии ультразвуковых импульсов. Ультразвуковой электросигнал следует сквозь слой краски автомобиля, а затем отражается от стальной поверхности.

Отражённый электросигнал фиксируется датчиком, и поступает на фазовый детектор, который сопоставляет фазу отправленного и отражённого импульса, а после формирует сигнал, соразмерный времени запаздывания, а следовательно и толщине краски.

Данный метод довольно точен, однако крайне сложен для самостоятельного изготовления. Значительно проще изготовить толщиномер на основе индуктивных или ёмкостных датчиков.

Если покрытие лакокрасочное, то возможно использовать ёмкостный датчик, который состоит из двух небольших металлических пластин. Они прикреплены к диэлектрической подложке и прикладываются к исследуемой поверхности.

Между пластинами замеряется фактическая ёмкость, которая находится в прямой зависимости от диэлектрической проницаемости лакокрасочного покрытия авто и от его толщины. Калибровку толщиномера следует выполнять для каждого типа лакокрасочного покрытия.

Наиболее удобны в применении индуктивные датчики. Такой датчик по сути миниатюрный Ш-образный трансформатор, сделанный с одной стороны катушки, без замыкающих пластин. Если незамкнутой стороной такого датчика приложить к исследуемой поверхности, то от толщины немагнитного зазора, создаваемого лакокрасочным покрытием, меняется индуктивность данной катушки.

Один из методов замера состоит в том, что катушку используют в роли LC — генератора НЧ. Электросигнал поступает на частотный детектор, а после на модуль индикации. Метод неплох, однако довольно сложен. Электрическая схема несложного толщиномера автомобиля, но довольно точного приведена в данной статье ниже.

Прибор для измерения толщины лакокрасочного покрытия автомобиля — описание

Прибор для измерения толщины лакокрасочного покрытия автомобиля — генератор постоянной частоты и амплитуды, последовательно с выходом, которого подсоединяется индуктивный датчик. Напряжение после датчика детектируется, нормализуется и подаётся на блок индикации.

Для отображения полученной информации возможно использовать малогабаритный стрелочный индикатор, откалибровав его шкалу, однако более подходящей является светодиодная индикация.

В данном толщиномере в роли датчика применяется трансформатор от абонентского громкоговорителя. Как уже было сказано выше, трансформатор не замкнут и пропитан эпоксидной смолой совместно с другими радиоэлементами в корпусе подходящих размеров.

Рабочая часть датчика отшлифована до блеска. Преимущества устройства — его малые размеры и способность определять толщину любых немагнитных лакокрасочных покрытий, даже покрытий которые могут проводить электрический ток, к примеру, толщину алюминиевого напыления или гальванического покрытия из меди на стальной поверхности. Толщиномер калибруется при помощи пластин (немагнитных) заранее известной толщины.

Детали прибора для измерения толщины покрытия

В электрической схеме возможно использовать различные операционные усилители с небольшим током потребления и низким напряжением питания. У используемых ОУ величины сопротивлений между выводами 4 и 8 определяют ток потребления и составляют 1…1,5 МОм.

Возможно применить сдвоенные ОУ, к примеру LM358 или подобные. Микросхему К561ЛА7 возможно поменять на К561ЛЕ5 или произвольные инверторные логические элементы. Если необходимо увеличить точность АЦП — взамен цифровой микросхемы возможно использовать счетверённый компаратор LM339. Значительно упростить электросхему возможно использовав микросхему A277 (К1003ПП1) для линейной световой индикации, правда увеличится ток потребления.

В данном случае микросхемы К561ЛА7 и КР1533ИД3 вместе с сопротивлениями обвязки не понадобятся – контакт входа микросхемы подсоединяется на вывод второго ОУ. в схеме применяется не только в качестве генератор стабильной частоты для индуктивного датчика, но и в роли инвертора отрицательной полярности для создания напряжения -2 вольт, нужного для нормального функционирования операционного усилителя.

Безошибочно собранная электрическая схема начинает функционировать сразу — остаётся лишь индивидуально откалибровать светодиодную индикацию подстроечных сопротивлений и немагнитных пластин заранее известной толщины.

При работах, связанных с нанесением защитного покрытия на стальные поверхности, часто возникает необходимость определения толщины слоя. Несмотря на кажущуюся сложность, определить это можно несколькими простыми способами. В промышленных измерителях толщины покрытий для этого обычно применяют ультразвуковые толщиномеры, которые работают на принципе эхо – локации. К защитному слою прикладывается датчик, представляющий собой пьезоэлектрический преобразователь, на который подаются пачки ультразвуковых колебаний. Ультразвуковой сигнал проходит через защитное покрытие и отражается от металлической поверхности. Отражённый сигнал улавливается датчиком, усиливается и подаётся на фазовый детектор, который сравнивает фазу посланного и отражённого сигнала, а затем выдаёт сигнал, пропорциональный времени запаздывания, а значит и толщине покрытия. Этот способ достаточно точен, но очень сложен для самостоятельной реализации. Более простые устройства можно изготовить на базе ёмкостных или индуктивных датчиков. Погрешности измерения у этих устройств гораздо выше, чем у ультразвуковых измерителей, но в большинстве случаев это не принципиально. Если покрытие лакокрасочное, то можно воспользоваться ёмкостным датчиком, который представляет собой две небольшие металлические пластины, приклеенные к диэлектрическому основанию и прижимаемые к поверхности слоя.

Между пластинами измеряется ёмкость, которая зависит от диэлектрической проницаемости покрытия и от его толщины. Прибор необходимо калибровать для каждого вида лакокрасочного покрытия. Более удобны индуктивные датчики. Датчик измерителя толщины представляет собой миниатюрный Ш–образный трансформатор, собранный с одной стороны катушки, без замыкающих пластин. Если открытой стороной прижать его к металлической поверхности, то в зависимости от толщины немагнитного зазора, образовываемого защитным покрытием, изменяется индуктивность катушки. Один из способов измерения заключается в том, что катушку включают в качестве индуктивности LC-генератора низкой частоты. Далее сигнал подаётся на частотный детектор, а затем на устройство индикации. Способ хорош, но достаточно сложен.

Предложенный измеритель толщины представляет собой генератор стабильной частоты и амплитуды, последовательно с выходом которого включается индуктивный датчик, сопротивление которого пропорционально квадратному корню от индуктивности. Напряжение после датчика детектируется, нормализуется и подаётся на устройство индикации. Для индикации можно применить небольшой стрелочный индикатор, заново отградуировав его шкалу, но более удобной является светодиодная индикация. В предлагаемом приборе в качестве датчика используется трансформатор от абонентского громкоговорителя (радиоточки). Трансформатор собран с одной стороны, без замыкающих пластин, и залит эпоксидной смолой вместе с остальными элементами, в небольшом корпусе. Рабочая поверхность датчика зашлифована до блеска металла. Достоинства измерителя толщины - его небольшие габариты и возможность измерять толщину любых немагнитных покрытий, даже электропроводных, например толщину алюминиевого напыления или медного гальванического покрытия на стальной поверхности. Здесь можно скачать рисунок печатной . Прибор калибруется с помощью немагнитных пластин известной толщины.

В схеме можно применить любые низковольтные операционные усилители с малым потреблением тока. Если требуется повысить точность аналого - цифрового преобразователя - вместо цифровой микросхемы можно применить счетверённый компаратор LM339. Таймер NE555N (КР1006ВИ1) в схеме используется не только как генератор стабильной частоты для датчика, но и как инвертор отрицательной полярности для получения напряжения -2 В, необходимого для нормальной работы ОУ.

Правильно собранная схема измерителя толщины лакокрасочных покрытий начинает работать сразу - остаётся только индивидуально откалибровать светодиодную линейку индикации подстроечных резисторов и немагнитных пластин известной толщины.

В процессе поиска, подходящего для меня автомобиля с пробегом, столкнулся с необходимостью проверки лакорасочного покрытия (ЛКП) на однородность, для выявления крашеных или шпаклеваных деталей. Сначала в руки мне попал профессиональный измеритель толщины ЛКП, но давали мне его ненадолго, а процесс поиска машины, наоборот, растянут по времени. Измеритель пришлось вернуть владельцу, а подходящая машина найдена не была.
А нельзя ли сделать простейший измеритель толщины краски самому?
Первым результатом поиска по интернету, стала классическая схема, на основе двухобмоточного трансформатора с открытой магнитной системой.

На первичную обмотку подается некий сигнал, а со вторичной обмотки подается сигнал на измеритель. Измеряемый образец, замыкает магнитную систему и чем толще краска, тем меньше связь между обмотками, тем меньше выходной сигнал. Но искать подходящее железо для трансформатора и мотать его было лень, продолжил поиски. Кроме этого подобные схемы имеют сильную нелинейность зависимости уровня сигнала от толщины покрытия.
Затем попалась схема, которя работает на основе изменения индуктивного сопротивления датчика. На измерительную катушку подается калиброваный сигнал (лучше синусоидальный) , катушка включена в плечо измерительного моста, после установки нуля, проводится измерение.

Еще я вспомнил, что у меня валяется несколько плат Arduino. Брал пару лет назад поиграться.
Сформулировал, для себя, задачу - "Измерение индуктивности на Arduino минимумом навесных деталей".
В результате поисков, наткнулся на страницу https://github.com/sae/Arduino-LCQmeter/blob/master/LC-gen.ino
эта программа и стала прототипом простейшего измерителя ЛКП.
В качестве основной платы, выбрана Arduino nano за небольшие габариты.
Суть работы в следующем: на измеряемый LC-контур подается импульс "накачки", после чего запускается счетчик до до тех пор, пока сигнал на контуре, не пройдет через "0" компаратора, после чего процесс повторяется.
В результате, показания счетчика пропорциональны резонансной частоте LC контура.
Сначала опробовал идею на столе, с выводом информации на компьютер. Вроде работает
Хотя у меня был LCD модуль, но с ним устройство получалось громоздким и требовало изготовления корпуса.
Решил сделать индикацию толщины на светодиодах.
Нарисовал схему, спаял шилд на макетке, предусмотрел контроль напряжения батареи.

Проблемой оказалось изготовление катушки. Если чашек ферритовых броневых сердечников нашел много и разных, то каркасов катушек не нашел ни одного. После нескольких попыток сделать каркас самостоятельно, было найдено следующее решение: на коническом корпусе шариковой ручки были установлены две картонные щечки, намотано приблизительно подходящеее количество витков, чтоб поместилось внутрь сердечника. Провод взял минимальной толщины, какой был под рукой (около 0.08) количества витков не помню, что-то около 100. после намотки, одну щечку снял. и подталкивая за другую щечку поместил получившуюся катушку внутрь сердечника. Выпавшие витки, заправил в катушку пинцетом. После этого капнул на витки суперклеем и закрыл катушку оставшейтся щечкой. Катушку на плате закрепил термоклеем.
Конденсатор желательно металлопленочный, только не керамический, поскольку у керамики такой емкости недопустимый ТКЕ
В результате, получилась такая конструкция:

Текст программы для загрузки:

Работа с устройством:
Поскольку разные машины имеют разную тощину ЛКП, сначала делается процедура калибровки. Кроме этого процедура калибровки, позволяет снизить влияние температуры на результаты измерения. Для калибровки, нужно прижать устройство к покрытию автомобиля, и нажать кнопку "калибровка"
После проведения калибровки, значение толщины ЛКП, выраженное в "условных единицах" записывается в eeprom.
для проведения измерения, прибор прикладывается к разным местам ЛКП автомобиля и нажимается кнопка "Измерение". Если отклонение измеренного результата от записанного, невелико, загорается зеленый светодиод.
Если отклонение превышает некоторую границу - загорается белый светодиод - "подозрительно"
Если есть второй слой краски, или была полировка - загорается один из синих "краска" или "полировка"
Если покрытие близко к нулю или превышает 0.2, то загораются красные светодиоды "шпаклевка" или "металл"
Каждое измерение толщины производится 3 раза, а потом значение усредняется. Возможно, одного раза достаточно. Это позволит получать результат практически мгновенно.

Не стоит рассматривать эту поделку, как образец готового изделия. Это всего лишь пример того, как можно решить поставленную задачу "подручными" средствами. Но, подозреваю, что на основе этого измерителя, можно изготовить измеритель с профессиональной точностью. Для этого нужно будет, качественно намотать катушку, подобрать конденсатор, с минимальным TKE, подключить экранный модуль, подобрать формулу пересчета "сырого" значения в микрометры.

Борис Падорин, ООО "Долина-Сервис"

В данной статье расскажем про измеритель толщины лакокрасочных покрытий (схема).

Продавал я как-то свой автомобиль, а чтобы не затягивать процесс продажи надолго, я не заморачивался с определением цены, за которую его продам. Я прошёлся по авторынку, узнал по чём продают аналогичные модели автомобилей, после чего, вычел из «максимума» стоимость устранения основных, явно заметных недостатков и менее чем через час автомобиль был продан. Одним из недостатков было наличие небольшой вмятины на левом переднем крыле, мелкие царапины на капоте. Позже я узнал, что покупатель профессионально занимается кузовными работами. Он устранил «кузовные» недостатки и ровно через неделю продал мой бывший автомобиль, дополнительно заработав тысячу заокеанских рублей. Когда я спросил его, что он сделал с крылом, он ответил, что не морочился, а наложил полусантиметровый слой шпаклевки. Как известно, толстый слой шпаклевки имеет свойство рассыхаться и отлетать. Впоследствии, его покупатели явно «влетели в копеечку».

Для исключения подобных неприятностей, которые Вам могут устроить предприимчивые перекупщики автомобилей, когда у Вас возникнет необходимость купить «железного коня» и предназначена эта статья.

Описанный прибор актуален, когда при исследовании состояния кузова автомобиля нередко возникает необходимость измерения толщины лакокрасочного покрытия. Прибор позволяет контролировать толщину лакокрасочного покрытия, нанесенного на любые изделия из черного металла.

При измерении толщины покрытия прибор прикладывают к контролируемой поверхности, нажимают на кнопку, слегка покачивая и поворачивая прибор, добиваются максимального отклонения стрелки и считывают значение толщины. Толщина покрытия кузовов автомобилей обычной краской находится в пределах 0,15…0,3 мм, а краской «металлик» - от 0,25 до 0,35 мм. Если толщина окажется больше, то будьте осторожны при покупке такого автомобиля, могут появиться не преднамеренные расходы.

Измеритель толщины лакокрасочных покрытий построен по простой схеме, обеспечивает приемлемую точность измерения, а главное компактность и «мобильность» позволяет использовать его на автомобильном рынке, при выборе автомобиля.

Принципиальная схема измерителя толщины лакокрасочных покрытий представлена на рисунке ниже.

Основа схемы взята из одного из популярных журналов. Автор устройства — Ю.Пушкарев. При изучении его схемы, технических недочётов я сначала не нашёл, но после сборки и проверки очередной раз понял, почему у начинающего радиолюбителя пропадает желание становиться радиолюбителем. Я устранил в схеме недостатки, после чего прибор реально заработал так, как это надо.

Устройство питается от батареи «Крона», потребляемый ток не превышает 35 мА, работоспособность прибора сохраняется при снижении напряжения батареи до 7 В. Рабочий температурный интервал - от +10 до +30 С. Прибор собран в пластмассовой коробке размерами 120x40x30 мм.

Задающий генератор, собранный на таймере DD1 (см. схему на рис. 1), вырабатывает прямоугольные импульсы частотой 300 Гц и скважностью 2. Интегрирующая цепочка R3C2 преобразует прямоугольные импульсы в синусоиду, что позволяет повысить точность измерения. Регулятором уровня сигнала - подстроечным резистором R5 - устанавливают оптимальный режим измерительного трансформатора Т1. Амплитуда сигнала на выходе УЗЧ DA1 примерно 0,5 В.

Ш-образные пластины измерительного трансформатора собраны встык, однако без пакета замыкающих пластин. Роль магнитного замыкателя здесь играет металлическая основа, на которую нанесено исследуемое лакокрасочное покрытие. Чем оно толще, тем больше немагнитный зазор в магнитопроводе измерительного трансформатора. Большему зазору соответствует меньшая связь между обмотками, следовательно, меньшее напряжение на вторичной обмотке трансформатора. Цепь R6C4 - дополнительный фильтр, устраняющий ВЧ составляющие сигнала. Конденсаторы С5 и С7 - разделительные.

Микроамперметр РА1 показывает выпрямленный диодом VD1 ток вторичной обмотки трансформатора. Стабилизатор напряжения DA2 позволяет сохранять стабильность коэффициента усиления УЗЧ DA1 при изменении степени разряженности батареи питания GB1. Резистор R8 и кнопочный переключатель SB2 позволяют периодически проверять напряжение батареи. Измерение проводят при нажатой кнопке SB1.

Транзисторный каскад VT1R9R10R11 предназначен для подачи начального смещения — создания порога, запирающего диод VD1. Благодаря ему, стрелка микроамперметра отклоняется только при наличии в поле измерительного трансформатора магнитного замыкателя. Это необходимо для установки максимально-измеряемой толщины и увеличивает точность измерения. При указанных номиналах резисторов, пределы измеряемой толщины от 0 до 2,5 мм. Точность измерения при толщине от 0 до 1,0 мм - ±0,05 мм, а от 1,0 до 2,5 мм - ±0.25 мм. Для уменьшения пределов измерения от 0 до 0,8 мм, а следовательно и увеличения точности измерения, резистор R10 увеличивают до 3,9 кОм. Это позволяет поднять порог отпирания диода VD1, и «растягивает» шкалу.

Детали прибора размещены на печатной плате (рис.), выполненной из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита толщиной 1 мм. Транзисторный каскад VT1R9R10R11 изначально отсутствовал и появился лишь в ходе доработки. Под него место на плате не предусматривалось, поэтому каскад собран навесным монтажом.

Все постоянные резисторы - МЛТ-0,125, подстроечные - СПЗ-276. Конденсаторы С1, С2, С4 - КМ-6 (или К10-17, К10-23), конденсаторы СЗ, С5, С6 - К50-35. Микроамперметром РА1 служит указатель уровня записи от магнитофона «Электроника-321» (сопротивление рамки 530 Ом, ток полного отклонения стрелки - 160 мкА).

Трансформатор Т1 намотан на магнитопроводе Ш5Х6 (использован выходной или согласующий трансформатор от карманных приемников), первичная обмотка содержит 200 витков провода ПЭЛ 0,15, вторичная - 450 витков такого же провода. Потребуются только Ш-образные пластины. Их при сборке смазывают эпоксидным клеем, после высыхания клея торцы пакета выравнивают бархатным напильником. Трансформатор вклеивают изнутри в прямоугольное отверстие в коробке прибора так, чтобы рабочие торцы магнитопровода выступали за пределы коробки на 1…3 мм.

Таймер КР1006ВИ1 можно заменить на LM555, а стабилизатор КР1157ЕН502А - на 78L05, КР142ЕН5А (L7805V). Лучше использовать 78S05, который изготавливается в маленьком корпусе, имеет меньшую выходную мощность, но ведь большой и не надо. В качестве диференциального усилителя DA1, используется микросхема KIA LM386-1.

Для налаживания устройства устанавливают движок резистора R7 в среднее положение. Трансформатор рабочим торцом магнитопровода прикладывают к плоской чистой поверхности стального листа и резистором R5 переводят стрелку на конечное деление шкалы микроамперметра РА1. После этого, прокладывая между трансформатором и металлической поверхностью листы бумаги толщиной 0,1 мм (плотностью 80 г/м2), калибруют прибор. Это обыкновенная «офисная» бумага формата А4, продающаяся в стандартных пачках и где только не используемая. Для калибровки прибора, его корпус аккуратно разбирают, подкладывают под стрелку миллиметровку, на которой в ходе калибровки помечают значения показаний. После этого, в графическом редакторе рисуют шкалу, которую отпечатав на цветном принтере приклеивают внутри прибора, после чего прибор собирают.

Резистор R8 подбирают так, чтобы со свежей батареей питания при нажатии на обе кнопки SB1 и SB2 стрелка микроамперметра отклонялась до конечного деления шкалы. Подключив к прибору разряженную до 7 В батарею, повторяют измерение на шкале микроамперметра и делают отметку, соответствующую разряженной батарее. Можно и по другому — подключите последовательно «Кроне» обыкновенную пальчиковую батарейку, изменив полярность на противоположную. К разнице показаний с пальчиковой батарейкой и без неё, добавьте ещё четверть, это и будет предельное значение разряда. Не забудьте отобразить это значение на шкале. Я поделил норму, от разряженного состояния двумя цветами — зелёным и красным участком шкалы.

P.S. : При пользовании прибором в условиях низкой температуры окружающей среды целесообразно держать его во внутреннем кармане одежды, вынимая непосредственно перед измерением.
В своем измерителе за отсутствием меньшего, я использовал трансформатор с сердечником Ш8Х8, а увеличение массы магнитопровода, повлекло необходимость снижения частоты генератора. Для этого я увеличил номинал С1 до 47 нФ. Прибор показал превосходную работоспособность.

Не используйте для калибровки прибора материалы из сплавов металлов. Я сначала использовал плоскость штангенциркуля, а он, хоть и железный, но содержит примеси немагнитных металлов, на которые прибор вообще не реагирует.