Прибор для определения прочностных характеристик металлов Советский патент 1984 года по МПК G01N3/44 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к измерениям прочностных характеристик материалов.

. Известны устройства, позволяквдие определять прочностные характеристики материалов путем вдавливания в испытуемый образец стержней, в которых возбуждаются механические (колебания С1.

Недостатками указанных устройств являются относительно низкая точность и незначительный объем изме-. ряемьах параметров .

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является прибор для определения прочностных характеристик, металлов, содержащий корпус, расположенные в нем инерционную массу, связанный с ней индентор, взаимодействукщие с инерционной массой пружину и два токосъемника, последовательно соединенные пьезодатчик, взаимодействующий с индентором, усилитель и катушку возбужДания индентора, индикатор, сумлатор, частотомер, блок динамической коррекции усилия вдавливания и блок задания параметров металла, выходы которых соединены с входами суммато ра, выход усилителя соединен с первым входом блока динамической корекции усилия вдавливания, а первый токосъемник - с вторым его входом t

Недостатком известного прибора является то, что он не позволяет проводить измерения предела прочности и предела текучести. J.

Цель изобретения - расширение объема измеряемых характеристик.

Эта цель достигается тем, что прибор для определения прочностных характеристик металлов, содержащий корпус, расположенные в нем инерционую массу, связанный с ней индентор, взаимодействующие с инерционной массой пружину и два токосъемника, последовательно соединенные пьезодатчик, взаимодействующий с индентором, усилитель и катушку воз буждения индентора, индикатор, сумматор, частотомер, блок динамической коррекции усилия вдавливания и блок задания параметров, выходы которых соединены с входами сумматора, выход усилителя соединен с первым входом блока динамической коррекции усилия вдавливания, а первый токосъемник - с вторьзи его входом, снабжен последовательно соединенными блоком контроля динамического нагружения индентора и логическим элементом ИЛИ, второй вход которого соединен с вторым .токосъемником, а выход - с входом частотомера, блоком изменения режима возбуждения катушки, первый вход которого соединен с выходом блока контроля динамического аагружения индентора, второй вход с первым выходом частотомера, а выход - с вторым входом усилителя, последовательно соединенными ключом и запоминающим устройством, выход которого соединен с индикатором, блоком определения упрочняемости, входы которого соединены с выходами запоминающего устройства, сумматора и вторым выходом частотомера , который соединен с управляющим входом ключа, первый вход блока контроля динамического нагружения индентора соединен с третьим выходом частотомера, а второй - с выходом усилителя.

На чертеже показана блок-схема предлагаемого прибора.

Прибор для определения прочностн характеристик металлов содержит расположенную в цилиндрическом корпусе 1 шупа инерционную массу 2 и жестко закрепленный на ней индентор 3. На конце индентора 3 закреплен наконечник 4 Виккерса, На некотором расстоянии от массы 2 на инденторе 3 закреплен пьезоприемн1:к 5 механических колебаний. Индентор 3 разметцен внутри катушки б возбуждения, закрепленной посредством кронштейна 7 на инерционной массе 2, которая помещена в подшипник 8, запрессованный в корпус 1. В верхней части корпуса 1 размещены пружина 9 нагружения с гайкой 10, втулка 11 с контактными кольцами 12 и 13, подвешенная на пружине 14, которая закреплена на гайке 15. Токосъемники 16 и 17 скорости прижатия щупа и номинальной величины усилил вдавливания жестко закреплены на массе 2 и изолированы от нее.

Электронная схема прибора состои из усилителя 18, вход которого соединен с пьезодатчиком 5, а выходы с катушкой 6. Усилитель 18 связан с блоком 19 изменения режима возбуждения катушки, представляющим собой, например, ключ, которьм упраляют цифровьяу резистором. Выход усилителя 18 соединен с частотомером 20, блоком 21 динамической коррекции усилия вдавливания и блоком 22 контроля динамического нагружения индентора.

.Частотомер 20 состоит из ключа 23, один выход которого,связан с усилителем, а другой - с выходом одновибратора 24, вход которого связан с выходом логического элемента ИЛИ 25, при этом выход ключа 23 соединен со счетчиком 26, связанным с преобразователем 27 код-аналог. Блок 21 динамической коррекции усилия вдавливания состоит из ключа 28, один вход которого связан с усилителем 18, а другой - с токосъемником 16 скорости прижатия щуп Выход ключа 28 соединен с входом счетчика 29, подключенного выходом к преобразователю 30 код-аналог. Выходы блока 21 динамической коррекции усилия вдавливания и час тотомера 20 соединены с двумя входами сумматора 31, с третьим его входом соединен блок 32 задания параметров металла (модуля упругос и коэффициента Пуассона). Выход сумматора 31 связан с одним из входов ключей 33 и 34, с др , гими их входами связан выход одновибратора 24. Выход ключа 33 связа с запоминаквдим устройством 35, выход которого соединен с индикатором (шкала 36). Кроме того, выход запоминающего устройства 35 соедин с одним из входов арифметического устройства 37 и входами функционал ных преобразователей 38 и 39. Ключ 34, арифметическое устройство 37 и функциональные преобразо ватели 38 и 39 образуют блок определения упрочняемости, выход функционального преобразователя 39 связан с индикатором, 40 которого проградуирована в единицах измерения предела прочности ) а преобразователь 38 связан с индик тором и имеет выход на шкалу 41, проградуированную в единицах измерения предела текучести (ff Шкала 36 индикатора проградуирована в еди ницах твердости (HK). БЛОК 22 контроля динамического нагружения индентора состоит из ключа 42 и счетчика 43, при этом входы ключа 42 соединены с выходами усилителя 18, одновибратора 24 и счетчика 43. Выход счетчика 43 соединен с одним из входов элемента ИЛИ 25 и бло ком 19 изменения режима возбуждени катушки. Другой вход элемента ИЛИ 25 сзоединен с токосъемником 17 номи нального усилия вдавливания. Прибор работает следукяцим образо На шкале блока 32 задания параметров металла задают значения модуля упругости и коэффициента Пуассона. Прижимают щуп прибора к контр лируемому изделию до установления на шкале 36 индикатора показания. При этом наконечник 4 под действии силы оператора посредством пружины 9 внедряется в металл. Пружина 9 сжимается, а система наконечник 4 индентор 3, инерционная масса 2 .перемещается относительно втулки 11 При этом в контуре индентор 3, пье эодатчик 5, усилитель 18, катушка возникают колебания, частота которых определяется глубиной внедрения наконечника и свойствами металла. В момент контакта токосъемника 16 с кольцом 12 открывается ключ 28 и на счетчик 29 поступа1от импульсы в течение времени контактирования токосъемника с кольцом 12. Происходит дальнейшее внедрение наконечника. Частота колебаний индентора при этом увеличивается. В момент начала контактирования токосъемника 17 с кольцом 13 (при номинальном усилии вдавливания) запускается через элемент ИЛИ 25 одновибратор 24, которь открывает ключ 23,, и импульсы с усилителя 18 поступа ют на счетчик 26. Таким образом, производится измерение частоты колебаний индентора путем подсчета числа импульсов, прошедших через ключ 23 на счетчик 26 за определенное время. Заданное одновибратором 24. Преобразователи 27 и 30 преобразуют количество импульсов, поданное на счетчики 26 и 29, в напряжения, поступающие на сумматор 31. На третий вход сумматора31 от блока 32 задания параметров металла поступает напряжение, соответствующее модулю упругости и коэффициенту Пуассона. CsMMaTop 31 выделяет сигнал, соответствующий глубине внедрения наконечника 4 с учетом скорости прижатия щупа к контролируемому образцу. Напряжение с выхода сумматора 31 поступает через открытый ключ 33 на запоминающее устройство 32 для запоминания и последующей передачи на индикатор, арифметическое устройство ,37 и функциональные преобразователи 38 и 39.По окончании процесса измерения твердости по заднему фронту импульса одновибратора 24 ключ 33 закрывается, а ключ 34 открывается. Кроме того, в этот же момент изменяется и режим блока 19, и он воздействует на усилитель 18 так, что динамическое воздействие на контролируемый образец становится сопоставимым со статическим усилием вдавливания. Кроме того, по заднему фронту импульса одновибратора 24 открывается ключ 42, и на счетчик 43 начинают поступать импульсы усилителя 18. Счетчик 43 считает импульсы и по прмходу заданного числа импульсов на его выходе появляется импупьс, который закрывает ключ 42, переводит режим возбуждения индентора в первонача;Й5Ный путем воздействия на блок 19 и запускает через элемент ИЛИ 25 одновибратор 24. Далее аналогично описанному ранее с использованием частотомера 20 производится измерение частоты колебаний индентора, т..е. размеров отпечатка с учетом фактора динамического воздействия наконечника 4 на испытуемый образец.

При этом напряжение с выхода сумматора 31, соответствунвдее новому размеру отпечатка с учетом динмического воздействия наконечника 4 на металл, поступает через отк1И1тый ключ 34 на арифметическое устройство 37, которое по соотношению уровней напряжений от запоминающего устройства 35 и сумматора 31 определяет упрочняемость контролируемого металла.

Напряжение с выхода арифметическго устройства 37 поступает на функциональный преобразователь 39, который по соотношению напряжений с выхода запоминающего устройства 35 и арифметического устройства 37 выдает напряжение, соответствуювдее пределу прочности CSj) которое отображается на шкале 40 индикатора.

Одновременно напряжение с выхода арифметического устройства 37 поступает на функциональный преобразователь 38, который по соотношению поступающих на его вход напряжений вырабатывает сигнал, соответствующий пределу текучести )« который отображается на шкале 41 индикатора.

, При изменении пространственного положения щупа осуществляется автоматическая стабилизация усилия вдавливания за счет перемещения втулки 1 которая сжимая пружину 14, изменяет начало момента контактирования токосъемника 17 и кольца 13.

Такое выполнение прибора позволяет с высокой точностью определять широкий спектр параметров металлов .

g

ПРИБОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МЕТАЛЛОВ, содержащий корпус, расположенные в нем инерционную массу, связанный с ней индентор, вза,имодействукадие с инерционной массой пружину и два токосъемника, последовательно соединенные пьезодатчнк, взаимодействующий с индентором, усилитель и катушку .возбуждения индентора, индикатор, сумматор, частотомер, блок динамической коррекций УСИЛИЯ вдавливания и блок задания-параметров металла, выходы которых соединены с входами суМматора, выход усилителя соединен с первым входом блока динамической коррекции усилия вдавливания, а первый токосъемник с вторым его входом, о т л и ч а ю щ и и с. я тем, что, с целью расширения объема измеряемых характеристик, он снабжен последовательно соединенными блоком контроля динамического нагружения индентора и логическим элементом ИЛИ, второй вход которого соединен с вторым токосъемником, а выход - с входом частотомера, блоком изменения режима возбуждения катушки, первый вход которого соединен с выходом блока контроля динамического нагружения индентора, второй вход с первьм выходом частотомера, а выход - с вторым входом усилителя, последовательно соединенньами клюСО чом и запоминающим устройством, выход которого соединен с индикатором, блоком определения упрочняемости, выходы которого соединены с выходами запоминающего устройства, сумматора и вторым выходом часто томера, который соединен с управляющим входом ключа, первый вход блока контроля динамического нагружения индентора соединен с третьим выходом частотомера, а второй с выходом усилителя. 00 СП