ПЕРЕНОСНОЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ ДИНАМИЧЕСКИЙ ТВЕРДОМЕР Российский патент 1995 года по МПК G01N3/48 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно, к измерению твердости материалов, преимущественно металлов.

Известен переносной электронный динамический твердомер, содержащий электронный блок, включающий последо- вательно соединенные усилитель, два запоминающих устройства пиковых значений напряжений, аналого-цифровой преобразователь, счетное устройство, управляющий блок, цифровой индикатор; датчик, в корпусе которого помещены ударный механизм с многолепестковой цангой, индентор, имеющий корпус, крышку, усеченный шарик, расположенный между крышкой и корпусом, и постоянный магнит, а на корпусе датчика размещены опорное кольцо, индукционная катушка, соединенная кабелем с электронным блоком. Указанные конструктивные элементы и их связи совпадают с элементами и связями предлагаемого твердомера. Для обеспечения измерения твердости изделий сложной конфигурации или в труднодоступных местах в комплект твердомера входят не менее трех различных типов датчиков (см. источник). Недостатками этого твердомера являются:
сравнительно низкая точность измерения твердости материалов из-за отсутствия строгого центрирования индентора многолепестковой цангой,
небольшой срок службы твердомера из-за возникновения релаксации пружины, установленной на корпусе ударного механизма, при этом величина релаксации не корректируется в твердомере, что приводит к снижению точности измерения твердости;
сложность использования твердомера для измерения твердости в труднодоступных местах изделий и деталей сложной конфигурации из-за необходимости применения большого количества датчиков различных типов, поскольку индентор не имеет съемной части, обеспечивающей его контакт с поверхностью изделия в труднодоступных местах;
высокая себестоимость изготовления твердомера из-за применения не менее трех различных типов датчиков для обеспечения измерения твердости в труднодоступных местах изделия и деталей сложной конфигурации.

Технической задачей изобретения является разработка переносного электронного динамического твердомера, обеспечивающего достижение следующих технических результатов: повышение точности измерения твердости материалов и увеличение срока службы, упрощение использования твердомера для измерения твердости в труднодоступных местах изделия, например, при измерении твердости боковой поверхности отверстий изделия диаметром от 100 до 140 мм и деталей сложной конфигурации, например, при измерении твердости металла сварного углового шва при его ширине от 12 до 19 мм или на вогнутых поверхностях изделия с радиусом кривизны 15-80 мм, а также снижение себестоимости изготовления твердомера.

Повышение точности измерения твердости материалов в предлагаемом твердомере обеспечивается за счет того, что на наружной поверхности ударного механизма по числу лепестков цанги выполнены равномерно расположенные по периметру продольные проточки для размещения частей лепестков цанги, а твердомер снабжен охватывающим последние и предназначенным для их фиксации в радиальном направлении кольцом. Благодаря указанным признакам достигается строгое центрирование индентора без его перекоса относительно продольной оси датчика и, следовательно, повышение точности измерения.

Повышение точности измерения твердости достигается также за счет того, что твердомер снабжен корректирующим устройством выходного сигнала из усилителя в виде переменного сопротивления, вход которого подключен к выходу усилителя, а выход к двум входам запоминающих устройств пиковых значений напряжений. Необходимость установки корректирующего устройства обусловлена тем, что с течением времени, особенно в результате интенсивной эксплуатации твердомера, происходит релаксация пружины, установленной на корпусе ударного механизма. Эта релаксация изменяет истинные показания измерений твердомера, которую компенсируют изменением сопротивления в корректирующем устройстве для изменения параметров проходящего через него сигнала.

Следует также отметить, что использование корректирующего устройства позволяет также и увеличить срок службы твердомера путем устранения отрицательных последствий, возникающих из-за релаксации пружины ударного механизма.

Упрощение использования твердомера для измерения твердости в труднодоступных местах изделия и деталей сложной конфигурации и снижение себестоимости изготовления твердомера достигается за счет того, что индентор выполнен составным, часть его, имеющая крышку и усеченный шарик, съемной, длина последней выбрана равной высоте опорного кольца. Если высота опорного кольца не будет равна длине съемной части индентора, то твердомер будет неработоспособен, так как местоположение постоянного магнита в инденторе строго фиксированно, что в свою очередь обеспечивает взаимодействие магнита с индукционной катушкой для получения сигнала. Если в прототипе указанные технические результаты достигаются за счет применения не менее трех различных типов датчиков, то в предлагаемом твердомере в труднодоступных местах изделия и для деталей сложной конфигурации используется один и тот же датчик с различными съемными частями индентора и опорными кольцами.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид датчика твердомера с блок-схемой электронного блока перед началом измерений, продольное сечение В-В, на фиг. 2 датчик, поперечное сечение А-А.

Переносной электронный динамический твердомер состоит из датчика 1 (фиг. 1), в корпусе 2 которого помещен ударный механизм 3, состоящий из корпуса 4, в котором расположен подпружиненный 5 шток 6, удерживаемый кнопкой 7 и необходимый для раздвигания лепестков 8 (фиг.2) цанги 9 (фиг.1), удерживающей индентор 10. Указанные лепестки одним концом размещены в трех равномерно расположенных по числу лепестков по периметру 11 (фиг.2) наружной поверхности корпуса 4 ударного механизма продольных проточках 12. Эти части лепестков охвачены и зафиксированы в радиальном направлении кольцом 13. На корпусе 4 ударного механизма 3 установлена пружина сжатия 14, необходимая для продольного перемещения индентора 10, состоящего из корпуса 15, в котором пробкой 16 зафиксирован постоянный магнит 17, усеченного шарика 18, расположенного между крышкой 19 и съемной частью корпуса 20 индентора 10. Усеченный шарик 18, крышка 19 и съемная часть корпуса 20 индентора 10 образуют съемную часть 21 индентора 10.

Усеченная форма шарика 18 обеспечивает надежный поверхностный, а не точечный контакт со съемной частью корпуса 20 индентора 10. На корпусе 2 датчика 1 размещены также опорное кольцо 22 с внутренним диаметром D и высотой Н, равной длине L съемной части 21 индентора 10. Торцевая поверхность А опорного кольца 22 служит упором для датчика 1 на измеряемом изделии. На корпусе 2 датчика 1 также установлена индукционная катушка 23, зафиксированная сухарями 24 от продольного перемещения и содержащая крышку 25 и намотанный на корпус 26 провод 27, в котором постоянным магнитом 17 возбуждается сигнал, передаваемый на электронный блок 28 через экранированный кабель 29.

В электронном блоке включены последовательно соединенные усилитель 30, на который поступает, а затем усиливается сигнал от индукционной катушки 23, корректирующее устройство 31, представляющее собой переменное сопротивление, два запоминающих устройства пиковых значений напряжений 32, аналого-цифровой преобразователь 33, счетное устройство 34, управляющий блок 35 и цифровой индикатор 36.

Измерение твердости переносным электронным динамическим твердомером осуществляется следующим образом.

Датчик 1 фиг. 1 подготавливают для измерения твердости материала, например металлического изделия, путем ввода цилиндрического стержня (на чертеже не показан) диаметром меньшим, чем внутренний диаметр D опорного кольца 22, для осуществления продольного перемещения индентора 10 до зацепления последнего пробкой 16 за лепестки 8 цанги 9. В этом случае корпус 15 индентора 10 сжимает пружину 14, после чего датчик 1 твердомера готов к измерению твердости изделия.

Затем датчик 1 устанавливают торцевой поверхностью А опорного кольца 22 на поверхность измеряемого изделия и нажимают кнопку 7 до упора, в результате чего шток 6 продольно перемещается и разжимает лепестки 8 цанги 9, установленные одним концом в равномерно расположенные по числу лепестков по периметру 11 корпуса 4 ударного механизма 3 продольные проточки 12, зафиксированные и охваченные в радиальном направлении кольцом 13, обеспечивают строгое центрирование индентора 10, которое содействует повышению точности измерения твердости.

Пружина сжатия 14 перемещает индентор 10 с усеченным шариком 18, в результате чего происходит удар последнего об испытуемую поверхность изделия. После удара индентор 10 с усеченным шариком 18 отскакивает. В момент перемещения индентора 10 и последующего его отскока после удара под воздействием постоянного магнита 17 индукционная катушка 23 выдает сигнал. Через экранированный кабель 29 сигнал поступает на усилитель 30, затем усиленный сигнал через корректирующее устройство 31 последовательно идет на два запоминающих устройства пиковых значений напряжений 32. Следует отметить, что корректирующее устройство 31 может изменять величину сигнала с целью компенсации релаксации пружины сжатия 14, возникающей в результате интенсивной эксплуатации твеpдомера. Релаксацию пружины сжатия 14 обнаруживают визуально по показаниям цифрового индикатора 36, когда имеет место превышение его показаний выше допустимых, конкретно установленных для каждой шкалы твердости. В частности, для шкалы Роквелла допустимое превышение составляет 3 единицы. Компенсацию релаксации пружины сжатия 14 осуществляют изменением величины сигнала переменным сопротивлением 31 до тех пор, пока показания цифрового индикатора 36 не будут превышать допустимых значений.

Сигналы, полученные с двух запоминающих устройств пиковых значений напряжений 32, поступают на аналого-цифровой преобразователь 33, а затем сигнал последовательно идет на счетное устройство 34, управляющий блок 35 и цифровой индикатор 36, по показаниям которого судят о величине измеренной твердости.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно, к измерению твердости материалов, преимущественно металлов. Твердомер содержит датчик 1 с установленной на нем индукционной катушкой 23 и электронный блок 28, соединенный с индукционной катушкой 23 экранированным кабелем 29. Техническими результатами являются: повышение точности измерения твердости материала, достигаемое путем строгого центрирования индентора 10 датчика 1 посредством лепестков 8 цанги 9, частью установленных в равномерно расположенные проточки 12 по периметру 11 наружной части корпуса 4 ударного механизма 3, а также за счет включения корректирующего устройства выходного сигнала 31 между усилителем 30 и двумя запоминающими устройствами пиковых значений напряжений 32; увеличение срока службы за счет устранения отрицательных последствий, возникающих из-за релаксации пружины сжатия 14 ударного механизма 3 путем использования вышеупомянутого корректирующего устройства 31; снижение себестоимости изготовления и упрощения использования твердомера в труднодоступных местах изделия и деталей сложной конфигурации за счет того, что часть 21 индентора 10 выполнена съемной. 2 ил.

ПЕРЕНОСНОЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ ДИНАМИЧЕСКИЙ ТВЕРДОМЕР содержащий датчик в виде корпуса, размещенные в нем ударный механизм с многолепестковой цангой и связанный с ней одним концом индентором с постоянным магнитом и установленными на другом конце крышкой и усеченным шариком, размещенным между последней и торцом индентора и контактирующим с ним своей плоскостью, и установленные на корпусе индукционную катушку и опорное кольцо, одна из торцевых поверхностей которого предназначена для взаимодействия с измеряемым изделием, и соединенный кабелем с индукционной катушкой электронный блок, включающий последовательно соединенные усилитель, два запоминающих устройства пиковых значений напряжений, аналого-цифровой преобразователь, счетное устройство, управляющий блок и цифровой индикатор, отличающийся тем, что индентор выполнен составным, часть его, имеющая крышку и усеченный шарик, съемной, длина последней выбрана равной высоте опорного кольца, на наружной поверхности ударного механизма по числу лепестков цанги выполнены равномерно расположенные по периметру продольные проточки для размещения частей лепестков цанги, твердомер снабжен охватывающим последние и предназначенным для их фиксации в радиальном направлении кольцом и корректирующим устройством выходного сигнала из усилителя в виде переменного сопротивления, вход которого подключен к выходу усилителя, в выход к двум входам запоминающих устройств пиковых значений напряжений.