Электроакустический твердомер Советский патент 1986 года по МПК G01N3/42 

I

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к электроакустическим твердомерам, и может быть иснользовано для автоматических измерений свойств материалов и

изделий при вдавливании в испытуемый объект наконечников испытательных устройств, находящихся под пос- тоянной нагрузкой.

Цель изобретения - повьпиение точ- 10 рым Входом частотного компаратора 14, ности и производительности измерений одновибратора 16, вход которого соединен с инверсным выходом частотного компаратора 14, а выход - со вторым входом первой схемы 9 И, и соеди- 15 ненного выходом со вторым входом второй схемы И генератора 17 импульсов.

Электроакустический твердозамер работает следуюпднм образом.

Выбирают, частоту f задатчика 15

за счет использования регистрирующего прибора с цифровой индикацией.

На фиг.1 показана функциональная схема электроакустического твердомера; на фиг.2 - зависимость резонансной частота акустического стержневого, преобразователя от твердости контролируемого изделия; на фиг. 3 электрические напряжения в различных 20 большей, чем резонансная частота f точках схемы, при этом а - амплиту- преобразователя до внедрения инден- да Hti и длительность Т импульса тора 2, но меньшей, чем резонансная на выходе первого счетчика для найме- частота f,, для наиболее твердого из- нее тв ердого изделия; о - амплитуда делия (минимальная частота в режиме Ир и длительность Т импульса на 25 измерения), т,е„ выходе первого счетчика для наиболее твердого изделия; Ь - амплитуда Ид длительность Т импульса Тд импульса на выходе одновибратора; г

амплитуда Н, импульса на выходе пер- зо сов выбирают из условия вой схемы И для наименее твердого изделия; .и - амплитуда И импульса на выходе первой схемы И для наиболее твердого изделия; в - амплитуда И импульсов на выходе генератора импульсов; ж - амплитуда импульсов на выходе второй схемы И для

f.f.a

(1)

Частоту f|., генератора 17 i-шпуль- )ыбирают из условна

f -HjLfi.

р - f т

n-f,,To

(2)

где Н,

число твердости наименее твердого изделия (ед,НР%.С) ; f .- резонансная частота стержня для наименее твердого изделия, Гц; емкость первого счетчика 8;

наименее твердого изделия; Л. - амплитуда импульсов на выходе второй схемы И для наиболее твердого из- делия.

Электроакустический твердомер содержит акустический стержневой преобразователь 1 из магнитострикционно- го материала с индентором 2 на конце укрепленные на стержне инерционную массу 3 и пьезопреобразователь 4, соединенный с ним усилитель 5, охватывающую стержень катушку 6, соединенную с выходом усилителя 5, и регистрирующий прибор.

Регистрирующий прибор выполнен в виде последовательно соединенных формирователя 7 импульсов, вход которого подключен к выходу усилителя 5, первого счетчика 8 импульсов с обратной связью, первой двухвходовой схемы 9 И, второй двухвходовой схеMjjj 10 И, второго счетчика 11 импульсов, дешифратора 12 и цифрового индикатора 13, соединенного с выходом формиро зателя 7 частотного компаратора 14, прямой выход которого соединен со входом Сброс второго счетчика 11, а инверсный выход - со входом сброс первого счетчика 8, задат- чика 15 частоты, соединенного со втодинен с инверсным выходом частотного компаратора 14, а выход - со вторым входом первой схемы 9 И, и соеди- ненного выходом со вторым входом второй схемы И генератора 17 импульсов.

Электроакустический твердозамер работает следуюпднм образом.

Выбирают, частоту f задатчика 15

ьшей, чем резонансная частота f образователя до внедрения инден- а 2, но меньшей, чем резонансная тота f,, для наиболее твердого из- ия (минимальная частота в режиме ерения), т,е„

, чем резонансная частот зователя до внедрения ин но меньшей, чем резонан f,, для наиболее твердог минимальная частота в ре ия), т,е„

f.f.a

(1)

ьшей, чем резонансная частота f образователя до внедрения инден- а 2, но меньшей, чем резонансная тота f,, для наиболее твердого из- ия (минимальная частота в режиме ерения), т,е„

выбирают из условия

Частоту f|., генератора 17 i-шпуль- )ыбирают из условна

f -HjLfi.

р - f т

n-f,,To

(2)

выбирают из условия

Н,

число твердости наименее твердого изделия (ед,НР%.С) ; f .- резонансная частота стержыбирают из условия

п

ня для наименее твердого изделия, Гц; емкость первого счетчика 8;

длительность импульса на выходе одновибратора 1 6, выбираемая из соотношения:

n(,) -f-r(El-E-r

(3)

где Ну - число твердости наиболее твердого изделия (ед.НЕС).

5

Акустические колебания преобразователя 1 воспринимаются пьезопреобразователем 4, .электрическое напряжение которого усиливается усилите- лем 5 и создает переменный ток в ка- 55 TytDKe 6. Переменное магнитное поле, создаваемое катушкой 6, вызывает акустические колебания преобразователя 1.

При вьтолнении условий баланса амплитуд и фаз в описанном контуре возникают незатухающие автоколебания на резонансной частоте преобразователя 1 .

Резонансная частота автоколебаний преобразователя до внедрения ин- дентора 2 в контролируемое изделие значительно ниже, чем в режиме измерения. .

При установке стержневого преобразователя 1 на контролируемое изделие и внедрении индентора 2, резонансная частота преобразователя 1. резко увеличивается и в режиме изме- рения ее значение линейно взаимосвязано с твердостью контролируемого изделия по Роквеллу .

При внедрении индентора 2 в контролируемое изделие соотношение (1) нарушается, в результате чего происходит переключение частотного компаратора 14, При этом на его инверсном выходе возникает отрицательный импульс, осуществляющий сброс перво- го счетчика 8 и запуск одновибрато- ра 16.

После этого первый счетчик 8 начинает дополняться прямоугольными импульсами с выхода формирователя 7, частота следования которых равна резонансной частоте преобразователя 1, нагруженного на контролируемое изделие.

По заполнении первого счетчика 8 .происходит запирание .его по входу за счет обратной связи.

За время заполнения счетчика В на его выходе формируется прямоугольньгй импульс амплитудой длительности которого определяются твердостью - контролируемого изделия (фиг.За,б) и емкостью первого счетчика

,. .

На выходе одновибратора 16 формируется прямоугольный импульс амплитудой Uj, и длительностью Tg (фиг.Зв), определяемой настройкой одновибратора 16 по условию (3).

Указанный импульс поступает на второй вход первой схемы 9Й, на первый вход которой поступает прямоугол йый импульс длительностью Т- с выхода первого счетчика 8. При этом на выходе первой схемы 9 И формируется прямоугольный импульс U; (фиг.3г,д), длительность Т; которого равна разности длитслыгости импульсон: (, )

Этот импульс поступает на первый вход второй схемы 10 И, на второй вход которой поступают прямоугольные импульсы амплитудой Up (фиг.Зе) с выхода генератора 17, частота следования которых определяется условием (2).

При этом на.выходе второй схемы 10 И действует последовательность прямоУ ольных импульсов амплитудой

5

0 5

Q

5

выл

;(фиг,3ж,з) с частотой следоваИ

ния fj., общее число которых равно

твердости контролируемого изделия.

Эта последовательность импульсов поступает на счетньш вход второго счетчика 11, а с его выхода через дешифратор 12 - на цифровой индикатор 13, на котором высвечивается результат измерения в виде числа твердости по шкале Роквелла.

При этом показания для наименее твердого и наиболее твердого изделий соответственно будут определяться соотношениями (фиг.3ж,з):

г Г 5 % (-f- -T,)f. 12

Решая полученную систему уравнений относительно Тд и fj. , приходим к соотношениям (2) и (3), определяю- ш;им условия настройки одновибратора 16 и генератора 17.

При схеме стержневого преобразователя 1 с изделия резонансная частота преобразователя 1 вновь резко изменяется, условие () вновь выпол- няется и происходит обратцое переключение частотного компаратора 14.

Отрицательный 1-1мпульс с его прямого выхода осуществляет сброс второго счетчика 11, после чего прибор готов к новому циклу измерений.

Повышение точности измерений происходит за счет цифровой индикации результата измерений, исключающей субъективную погрешность оператора при снятии показаний со стрелочного прибора.

Производительность измерений определяется временем счета первого счет- чика импульсов и намного превышает производительность измерений с помощью стрелочного прибора.

Формула

j12427

изобретения

Электроакустический твердомер, содержащий акустический стержневой преобразователь из магнитострикциоино- го материала с индентором на конце, укрепленные на стержне инер11Д1онную массу и пьезопреобразователь, соединенный с ним усилитель, охватывающую стержень катушку, соединенную с выхо- дом усилителя, и регистрирующий прибор, от. л.ичающи.йся тем, что, с целью повышения точности и производительности измерений, регист- рирую11Ц-ш прнбор выполнен в виде последовательно соединенных формирователя импульсов, вход которого подклю чей к выходу усилителя, первого счет

s

316

чика импульсов с обратной связью, первой и второй двухвходовьгх схем И, второго счетчика импульсов, дешифратора и цифрового индикатора, соединенного с выходом формирователя импульсов частотного компаратора, прямой выход которого соединен с входом Сброс второго счетчика, а инверсный выход - с входом Сброс первого счетчика, задатчика частоты, соединенного с вторым входом частотного компаратора, одновибратора, вход которого соединен с иньерсным выходом частотного компаратора, а выход - с вторым входом перв ой схемы И, и соединенного выходом с вто- рым входом второй схемы и генератора импульсов

Изобретение относится к испыта- технике и может быть использовано для автоматических измерений свойств материалов и изделий при вдавливании в испытуемый объект наконечников испытательных устройств, находящихся под постоянной нагрузкой. Цель изобретения - повьшение точности и производительности измерений за счет использования регистрирующего прибора с цифровой индикацией. Электроакустический твердомер содержит акустический стержневой преобразователь из магнитострикционного материала с индентором на конце, укрепленные на стержне инерционную массу и пьезопреобразователь, соединенньй с ним усилитель, охватьшающую стер- -жень катушку,, соединенную с выходом усилителя, и регистрирующий прибор. Последний выполнен в. виде последовательно соединенных формирователя импульсов, вход которого подключен к выходу усилителя, первого счетчика импульсов с обратной связью, первой и второй двухвходовых схем И, второго счетчика импульсов, деш11фратора и цифрового индикатора. В состав регистрирующего прибора входит соединенный с выходом формирователя частотный компаратор, прямой вход которого соединен с входом Сброс второго счетчика, а инверсный выход - с входом Сброс первого счетчика, за- датчик частоты, соединенный с вторым входом частотного компаратора, одновибратор, вход которого соединен с инверсным выходом частотного компаратора, а выход - с вторым входом первой схемы И, и генератор импульсов, соединенньш выходом с- вторым входом второй схемы И. 3 ил. i Ю

vjffe/je i/jf (. YHai/a/ o (/з/чге емил

з«1в.г.|

8

odHo6udf}O/77qfls

я1

L S2222H.j

гг

-™и /

oimvlwvJ

ч

г2000 I

2то

20SO Ж

Тбердос/ль

Фиг. 2

Фид.З