Динамический твердомер Советский патент 1988 года по МПК G01N3/48 

4

to

to

..

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при измерении твердости материалов.

Цель изобретения - повышение точности.

На чертеже представлена схема твердо- мера.

Динамический твердомер содержит корпус 1, размещенный в нем боек-индентор 2, взанмодействуюнхий с бойком-индентором 2 ударный механизм, выполненный в виде плос- кой пружины 3, консольно закрепленной на плите 4 корпуса 1 и обеспечивающей электрический контакт бойка-индентора 2 с корпусом 1, и устройства 5 взвода, включающего ограничитель 6 высоты подъема бойка-индентора 2, имеющий в месте каса- ния с бойком-индентором 2 электрический контакт и электрически изолированный от корпуса 1, последовательно соединенные датчик 7, выполненный в виде двух тензо- датчиков, приклеенных на противополож- ных плоскостях плоской пружины 3 в месте ее консольного крепления, блок 8 преобразования, экстрематор 9 и вычислитель 10 отнощений, блок 11 управления, вход которого соединен с ограничителем 6, а первый выход - с управляющим входом экстре матора 9, оперативное запоминающее устройство 12 (ОЗУ), ниформационный вход которого соединен с вторым выходом экстре- матора 9, выход - с вторым входом вычислителя 10 отноп1ений, а управляющий вход - с третьим входом блока 11 управления, программируемое постоянное запоминающее устройство 13 (ППЗУ), адресная щина которого соединена с выходом вычислителя 10 отношений, и индикатор 14, управляющий вход которого соединен с вторым выходом блока 11 управления, а информационный - с выходом ППЗУ 13. Информационный вход ППЗУ 13 соединен с разъемом 15, предназначенным для подключения калибратора 16.

Динамический твердомер может базиро- ваться на поверхности образца 17 с помощью упоров 18, расположенных на окружности с центром в точке касания бойка- индентора 2 с образцом 17 и углом между упорами в 120°.

Динамический твердомер работает еле- дующим образом.

В исходном состоянии твердомер базируется с помощью упоров 18 на исследуемом образце 17. При этом боек-индентор 2 касается образца 17, а на выходе блока 8 преоб- разования сигнала датчика 7 устанавливается нулевой уровень сигнала. Далее боек- индентор 2 взводится устройством 5 взвода до касания ограничителя 6. Плоская пружина 3 деформируется, а величина деформации (прогиба) измеряется тензодатчиками 7. При этом прогиб конца пружины пропорционален ее деформации е. Прогиб отсчитывается относительно конца ненагру

25

10 2о 40

j.« 5530

35

женной пружины. , где К --,

где I и а - длина и толщина соответственно пружины.

В случае полумостовой схемы включения тензодатчиков напряжение на выходе блока 8 преобразования

О .(з t/(.(зКа/С , где (Уиб - напряжение разбаланса моста;

/(з - коэффициент передачи усилителя блока 8;

К - коэффициент передачи мостовой схемы (пропорциональный чувствительности датчиков), т.е. напряжение на выходе блока 8 прямо пропорционально величине прогиба конца пружины 3. При касании бойком-индентором 2 ограничителя 6 вход блока 11 управления замыкается через ограничитель 6, боек-индентор 2, пружину 3, плиту 4 на корпус 1 твердомера. При этом на первом и третьем выходах блока 11 формируются короткие команды (импульсы), которые очищают экстрематор 9 и ОЗУ 12. Экстрематор 9 для определения экстремальных значений аналогового сигнала преобразует аналоговую форму сигнала в цифровую и обрабатывает цифровую форму так, что на его первом выходе, который подключается к вычислителю 10 отнощений, запоминается амплитуда (размах) входного, сигнала. На втором выходе экстрематора 9 запоминается код минимального значения этого сигнала. Экстрема- тор 9 имеет такую особенность, что амплитудное значение сигнала, формируемое на его первом выходе, отсчитывается относительно минимального значения этого сигнала. Кроме того, экстрематор 9 вначале выделяет минимальное значение входного сигнала, запоминает его, а после этого формирует и запоминает при наличии последующего максимума сигнала его амплитуду.

Во время касания бойком-индентором 2 ограничителя 6 деформация пружины 3 не меняется, а на выходе блока 8 преобразования сигнал также имеет постоянный уровень. Поэтому после сброса на втором выходе экстрематора 9 присутствует код сигнала, пропорциональный максимальной деформации пружины 3 во взведенном состоянии бойка, так как у постоянного сигнала минимальное значение совпадает с текущим. По истечении некоторого времени задержки на управляющий вход ОЗУ 12 выдается команда с выхода блока 11 управления, разрешающая перепись информации в ОЗУ 12. Таким образом, запоминается код сигнала, пропорционального высоте сброса бойка.

На первом (амплитудном) выходе экстрематора 9 при этом присутствует код нулевого сигнала. При наличии электрического контакта между бойком-индентором 2 и О1 раничителем 6 на управляющий вход индикатора 14 с второго выхода блока 1

управления поступает гасящее напряжение и индикация отсутствует. При отпускании устройством 5 взвода бойка 2 пружина 3 распрямляется и боек-индентор ударяет по образцу 17. Энергия упругой деформации образца 17 и бойка-индентора 2 отбрасывает последний вверх, она переходит в потенциальную энергию бойка,энергию изогнутой пружины и энергию потерь. Величина

рует сигналы управления, обеспечивающие запись кода твердости в соответствующую ячейку памяти ППЗУ. Калибратор может быть выполнен из элементарных наборных переключателей, набирающих значения твердости, кнопки «Запись и управляться вручную.

Таким образом, в ППЗУ 13 заносятся все значения твердости, и точность измемаксимального прогиба пружины 3 при отскоке бойка-индентора 2 измеряется тензо- 10 рения практически не зависит от харак- датчиками 7 и запоминается на первом тера градуировочиой характеристики и точ- выходе экстрематора 9. На выходе вычис-ности средств вычисления твердости, так как

лителя 10 отнощений формируется при этомпоследних нет. В диапазоне 20-60 ед.

код сигнала, пропорционального коэффици- твердости с ценой деления диапазона, рав- енту восстановления прогиба пружины 3, 5 ной 0,5 ед. твердости, потребуется всего

80 9-разрядных ячеек памяти ППЗУ, что рещается на уровне современных интегральных схем ППЗУ. После отсоединения калибратора ППЗУ автоматически переводится

который и является функцией твердости образца 7. Однако эта функциональная зависимость довольно сложна для вычислений аппаратурными средствами, поэтому в твердомере не используется вычислитель твердости, а код сигнала, пропорциональ- 20 рении технических характеристик испольный твердости образца, с выхода вычис-зуемых элементов и материалов сравни- лителя 10 отнощений поступает на адрес-тельно легко производится новая калибровка

твердомера и тем самым продлевается срок его службы. Измерение твердости представв режим считывания информации. При станую щину ППЗУ 13, в котором выбирается ячейка памяти с хранимой там информацией об истинном значении твердости и выво- ,5 ляет собой сравнение исследуемого образца

дится на индикатор 14.

Блок 11 управления по истечении времени завершения отскока бойка и времени вычислений коэффициента восстановления высоты отскока выдает разрещение на индикацию значения твердости образца 17. Это зо значение индицируется до очередного взвода бойка-индентора 2, при котором вновь обнуляются ОЗУ 12, экстрематор 9 и гасится индикатор 14.

Твердомер калибруется следующим образом.

Подготавливаются образцы твердости с равномерным распределением значений твердости по диапазону измерения твердости и щагом распределения, равным цене деления твердомера (весом единицы младшего разряда индикатора). К разъему 40 15 подключается калибратор 16, который может сформировать код твердости с требуемой дискретностью из диапазона измерений, а также выдать необходимые сигналы для управления работы ППЗУ 13. Образцы твердости устанавливаются на место образца 17 поочередно. С каждым образцом совершается акт измерения. После вычисления вычислителем 10 отношения очередного коэффициента восстановления прогиба

с эталоном, параметры которого хранятся в ППЗУ. Дискретность эталонных значений выбирается из требуемой точности.

Формула изобретения

Динамический твердомер, содержащий корпус, размещенный в нем боек-индентор, взаимодействующий с бойком-индентором ударный механизм, последовательно соеди35 ненные датчик, блок преобразования, экстрематор и вычислитель отношений и индикатор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, твердомер снабжен блоком управления, первый и второй выходы которого соединены с управляющими входами экстрематора и индикатора, оперативным запоминающим устройством, информационный вход которого соединен с вторым выходом экстрематора, выход - с вторым входом вычислителя отношений, а управляюдс щий вход - с третьим выходом блока управления, и программируемым постоянным запоминающим устройством, информационный выход которого соединен с-индикатором, а адресная щина - с выходом вычислителя отношений, вход блока управления соединен

пружины 3 калибратор 16 формирует код о с корпусом во взведенном состоянии удар- известной твердости этого образца и форминого механизма.

рует сигналы управления, обеспечивающие запись кода твердости в соответствующую ячейку памяти ППЗУ. Калибратор может быть выполнен из элементарных наборных переключателей, набирающих значения твердости, кнопки «Запись и управляться вручную.

Таким образом, в ППЗУ 13 заносятся все значения твердости, и точность изме рения практически не зависит от харак- тера градуировочиой характеристики и точ- ности средств вычисления твердости, так как

80 9-разрядных ячеек памяти ППЗУ, что рещается на уровне современных интегральных схем ППЗУ. После отсоединения калибратора ППЗУ автоматически переводится

рении технических характеристик используемых элементов и материалов сравни- тельно легко производится новая калибровка

в режим считывания информации. При стас эталоном, параметры которого хранятся в ППЗУ. Дискретность эталонных значений выбирается из требуемой точности.

Формула изобретения

Динамический твердомер, содержащий корпус, размещенный в нем боек-индентор, взаимодействующий с бойком-индентором ударный механизм, последовательно соединенные датчик, блок преобразования, экстрематор и вычислитель отношений и индикатор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, твердомер снабжен блоком управления, первый и второй выходы которого соединены с управляющими входами экстрематора и индикатора, оперативным запоминающим устройством, информационный вход которого соединен с вторым выходом экстрематора, выход - с вторым входом вычислителя отношений, а управляющий вход - с третьим выходом блока управления, и программируемым постоянным запоминающим устройством, информационный выход которого соединен с-индикатором, а адресная щина - с выходом вычислителя отношений, вход блока управления соединен

с корпусом во взведенном состоянии удар-

с корпусом во в

ного механизма.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при измерении твердости материалов. Цель изобретения - повышение точности за счет определения твердости сопоставлением результатов измерения коэффициента восстановления высоты отскока с хранящимися в программируемом постоянном запоминающем устройстве результатами аналогичных измерений, проведенных с набором эталонов. Высота бойка-индентора до удара и после отскока определяется по деформации плоской пружины, обеспечивающей проведение удара. Электронная схема позволяет определить соответствующие максимумы деформации, вычислить их отношение и вывести на индикатор из программируемого постоянного запоминающего устройства соответствующее значение твердости, введенное в него при калибровке на соответствующих эталонах. 1 ил.