Электроакустический твердомер Советский патент 1988 года по МПК G01N3/42 

Изобретение относится к области испытаний физико-механических свойств материалов путем вдавливания инденторов и может быть использовано в машиностроении для неразрушающего контроля твердости металлов и сплавов,

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет увеличения диапазона измеряемой твердости.

На фиг о 1 изображена блок-схема электроакустического твердомераJ на фиг„ 2 - распределение амплитуд колебательных скоростей по длине различных стержневых резонаторов и места крепления фланцев.

Электроакустический твердомер содержит стержневой акустический резонатор 1 с индентором 2 на одном конце и опорным фланцем 3, закрепленным на стержневом резонаторе 1 на расстоянии от свободного конца стержневого резонатора, выбранного из соотношения

2т-1 т 2т-1 ,. 2пМ т -2п-Ь (1

где L - длина стержневого акустического резонатора 1J п - целое число полуволн колебаний в режиме холостого хода акустического резонатора; m - номер узла колебаний, считая от свободного конца акустического резонатора, последовательно соединенные пьезоэлектрический датчик 4 колебаний резонатора, электронный усилитель 5 и систему 6 возбуждения акустических колебаний резонатора, и частотомер 7 с индикатором 8, проградуированным в единицах твердости.

Твердомер работает следующим образом.

При внедрении индентора 2 в материал контролируемого изделия 9 частота незатухающих колебаний в автогенераторном контуре резонатор 1 - датчик А - усилитель 5 - система 6 возбуждения определяется резонансной частотой стержневого акустического резонатора 1, которая зависит от глубины внедрения индентора и при постоянном усилии вдавливания однозначно связана с твердостью контролируемого изделия 9. Напряжение с эток частотой с усилителя 5 поступает на вход частотомера 7 с индикатором 8,

показание которого в соответствии с градуировкой указывает твердость контролируемого изделия.

В режиме холостого хода (инден- тор в воздухе) узлы колебаний находятся в точках А (фиг. 2), расстояние до которых от свободного конца определяется как

1

т,

2т-1 2п

(2)

При внедрении индентора в материал контролируемого изделия узлы колебаний смещаются в сторону свободного конца и занимают положение, определяемое соотношением

2т-1

г 2п+Т

(3)

0

5

0

5

0

5

0

5

Происходит полное внедрение индентора (на конце индентора узел, т.е. полное закрепление конца),

Если фланец 3 закреплен в узле колебаний холостого хода (2), то при внедрении индентора 2 возрастают потери энергии за счет того, что узел колебаний все дальше смещается от места крепления (фланца 3). При каком-то значении глубины внедрения потери возрастают настолько, что автоколебания срываются и измерения материалов с меньшей твердостью (большей глубиной внедрения) становятся невозможными.

Крепление, фланца 3 в соответствии с соотношением (1) расширяет диапазон измеряемой твердости, так как при увеличении глубины внедрения (уменьшении твердости измеряемого материала) узел колебаний приближается к месту крепления фланца 3, и потери, обусловленные закреплением, уменьшаются, что позволяет выбрать место установки так, что автоколебания устойчивы во всем диапазоне изменения глубины внедрения и, следовательно, во всем диапазоне изменения твердости контролируемых материалов.

Поскольку помимо потерь, обусловленных закреплением фланца, существуют потери энергии в месте контакта индентора с материалом и при внедрении индентора, когда потери, обусловленные закреплением фланца, уменьшаются, они возрастают, закрепление фланца в соответствии с соотношением (1) стабилизирует амплитуду автоколебаний стержневого акустического резонатора 1.

Формула изобретения

Электроакустический твердомер, содержащий стержневой акустический резонатор с индентором на одном конце и опорным фланцем, последовательно соединенные пьезоэлектрический датчик колебаний резонатора, электронный усилитель и систему возбужде-

НИН акустических колебаний резонатора и частотомер с индикатором, вход которого соединен с выходом электронного усилителя, отличающий- с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет увеличения диапазона измеряемой твер

где L дости, фланец закреплен в области расположения т-го узла колебаний на расстояние 1 от свободного конца стержневого акустического резонатора, выбранного из соотношения

1,

2т-1 , -о- L 2п

длина стержневого акустического резонатора;

- целое число полуволн колебаний в режиме холостого хода акустического резонатора}

- номер узла колебаний, считая от свободного конца акустического резонатора.

Изобретение касается испытаний физико-механических свойств материалов путем вдавливания инденторов и может быть использовано в машиностроении для неразрушающего контроля твердости металлов и сплавов. Целью изобретения является расширение технологических, возможностей за счет увеличения диапазона измеряемой твердости. Электроакустический твердомер содержит стержневой акустический резонатор с индентором на конце и электронную цепь обратной связи, обеспечивакяцую возбуждения автоколебаний стержневого акустического резонатора на собственной частоте. Увеличение диапазона измеряемой твердости достигается за счет расположения фланца, через который передается нагрузка на индентор, на расстоянии от свободного конца стержня, выт 2т-1 бранного из соотношения .« 2т-1 2п-И L, где L - длина резонатора; п - число полуволн колебаний в режиме холостого хода; m - номер узла колебаний, считая от свободного конца. При таком креплении фланца снижаются потери в резонаторе, обусловленные несовпадением точки крепления фланца и узлом колебаний резонатора так как при внедрении узел колебаний приближается к точке крепления фланца. Уменьшение потерь увеличивает диапазон твердостей, при которых автоколебания остаются устойчивы, т.е. расширяет диапазон измерений. 2 ил. i СЛ С 00

О

Фиг.

в)

«-

е

im-tj

.Z