Устройство для контроля твердости Советский патент 1988 года по МПК G01N3/40 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для измерения твердости материалов .

Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей и по- вьтепне производительности за счет обеспечения возможности различных перемещений индентора.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства и эпюры распределения амплитуд по оси пьезоэлектрического преобразователя; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, расположение четырех ,групп внешних электродов вдоль направляющей цилиндра; на фиг. 3 - схема расположения на поверхности цилиндра и соединения (с помощью блока коммутадаи) внешних электродов для

возбуждения и-измерения поперечных колебаний индентора по оси X,- на фиг. 4 - то же, для колебаний по оси YJ на фиг. 5 - то же, для возбузвде- ния и измерения крутильных колебаний интентора; на фиг. 6 - то же, для возбуждения и измерения продольных колебаний индентора.

Устройство содержит корпус 1, размещенные в нем с возможностью перемещения вдоль оси корпуса пьезоэлектрический преобразователь, выполненный в виде полого цилиндра 2 из керамики с инденторим 3 на конце. Цилиндр 2 жестко прикреплен к направляющему цилиндру 4, который опирается на нижний фланец 5 корпуса 1., Лпя прижатия направляющего цилиндра 4 к фланцу 5 служит пружина 6. Внут4

00 4 00

ю

оо

ранний электрод 7 соединен с корпусом 1 (заземлен). Внешние электроды разделены на четыре группы. Центральные точки групп равномерно (через 90) расположены, вдоль направляющей цилиндра 2 на равных расстояниях от его оснований. Каждая группа состоит из четырех электродов 12-15, 16-199 20-23, cнм Jeтpичнo рас положенных относительно направляющей и образующей,проходящих центральную точку каждой группы. Внешние электроды 8-23 соединены с соответств ао- щим регистрирующим входом блока 24 коммутации, который подключает их в соответствии со схемами на фиг. 3-6 к первому выходу генератора 25 и первому входу фазометра 26. Второй вход фазометра 26 подключен к второ- му выходу генератора 25, а выход - к входу блока 27 управления и комму- тахзии. Выходы блока 27 управления и коммутации соединены с управляюпщми входами генератора 25 и блока 24 коммутации соответственно. .

Устройство работает следующим образом.

При определении твердости анизот-

ханические деформации пьезокерами- ческого цилиндра 2. В измерительных электродах возбуждается напряжение, пропорциональное механическим напряжениям в пьезокерамкческом цилиндре 2 (реализуется прямой пьезозффект),

От соотношения твердостей инден- тора 3 и контролируемой поверхности зависит сдвиг фаз, отсчитываемый от значения 1Г/2 (т.е. до соприкоснове™ ния индентора к контролируемой поверхности) между напряжением питания задаваемым генератором 25 и сигналом снимаемым с измерительных электродов, фиксируемый фазометром 26«

Твердость материала определяют по построенной заранее экспериментальным путем и введенной в память блока 27 тарировочной зависимости изменение фазы - твердость материала Для этого сигнал от фазометра 26 поступает в блок 27, и после сравнения с тарировочной зависимостью определяют твердость материала, значение которой может быть введено на индикатор блока 27 (не показано).

При определении твердости по направлению оси Y для получения попе

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для измерения твердости материала. Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей и повышение производительности за счет обеспечения возможности различных перемещений индентора относительно поверхности исследуемого материала. Это достигается тем, что на внешней поверхности пьезовозбудителя размещено 16 электродов. Блок управления и индикации, управляя генератором и блоком коммутации, обеспечивает возбуждение колебаний индентора в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Информация о колебаниях индентора при соприкосновении с исследуемым материалом регистрируется фазометром и сопоставляется с тарировочными зависимостями, заложенными в память блока управления и индикадаи.. 6 ил. i (Л

ропных материалов возбуждают попереч- Q речных колебаний по оси Y (эпюра расные колебаний по осям X и Y,. так как твердость по разным направлениям анизотропных материалов неодинакова. С блока 27 управления и индикации поступает сигнал, по которому блок 24 коммутации (для получения колеба- 1ШЙ индентора 3 по оси X) соединяет электроды 8, 9, 18, 19 и 10, 11, 16, 17 (фиг. 3) с симметричным выходом (с заземленной точкой) генератора 25 (эти электроды становятся возбуждающими) , а электроды 12, 15, 20, 23, и 13, 14,. 21, 22 с первым (симметричным) входом фазометра 26 (эти электроды становятся измерительными), На управляющий вход генератора 25 также поступает соответствзпощий сигнал с блока 27 управления и ивди- кации, по которому генератор 25 вырабатывает электрический сигнал на частоте, соответствующей первой фор- ме поперечных колебаний по оси X пьезокерамического цилиндра 2 (эпюра распределения амплитуд поперечных колебаний по оси X показана на фиг. 1а), т.е. реализуется обратный пьезоэффект, так как при подаче электрического напряжения на возбуждающие электроды возбуждаются ме35

40

45

50

55

пределения амплитуд по оси У показана на фиг. 1б) возбуждающими электродами служат электроды 12, 13, 22, 23 и 14, 15, 20, 21, соединенные блоком 24 Коммутации с симметричным выходом генератора 25. Измерительными электродами становятся электроды 8, 11, 16, 19 и 9, 10, 17, 18, которые соединяются с симметричным входом фазометра 26 (фиг. 4). Определение Твердости осуществляется по той же методике.

При определении твердости тонких листовых материалов, тонких закаленных слоев возбуждаются крутильные колебания. Процесс работы устройства аналогичен, т.е. от блока 27 поступает соответствующий сигнал на блок 24, который соединяет электроды 8, 11, 19, 16 и 9, 10, 17, 18 с симметричным- выходом генератора 25 (эти электроды становятся возбуждающими). Измерительными электродами служат электроды 13, 14, 21, 22 и 12, 15, 20, 23, соединенные с симметричным входом фазометра 26 (фиг. 5).

Включают генератор 25 электрических колебаний и подают на возбуждающие электроды напряжение синусоидаль5

0

5

0

5

пределения амплитуд по оси У показана на фиг. 1б) возбуждающими электродами служат электроды 12, 13, 22, 23 и 14, 15, 20, 21, соединенные блоком 24 Коммутации с симметричным выходом генератора 25. Измерительными электродами становятся электроды 8, 11, 16, 19 и 9, 10, 17, 18, которые соединяются с симметричным входом фазометра 26 (фиг. 4). Определение Твердости осуществляется по той же методике.

При определении твердости тонких листовых материалов, тонких закаленных слоев возбуждаются крутильные колебания. Процесс работы устройства аналогичен, т.е. от блока 27 поступает соответствующий сигнал на блок 24, который соединяет электроды 8, 11, 19, 16 и 9, 10, 17, 18 с симметричным- выходом генератора 25 (эти электроды становятся возбуждающими). Измерительными электродами служат электроды 13, 14, 21, 22 и 12, 15, 20, 23, соединенные с симметричным входом фазометра 26 (фиг. 5).

Включают генератор 25 электрических колебаний и подают на возбуждающие электроды напряжение синусоидальной формы, в пьезокерамическом цилиндре 2 возбуждаются резонасные крутильные колебания (эпюра распре- ; деления амплитуд крутильных колебаний показана на фиг. 1 в). Возбуждение крутильных колебаний происходит из-за того, что каждая группа электродов образует два биморфных элеменвозбуждающих колебания в плоско касательной к составлякнцей цита, ти,

линдра А-А, совпадающей с осью симметрии электродов,- параллельной оси цилиндра. При этом пара верхних электродов 8 и 9 образуют первый биморф, пара нижних 10 и 11 - нижни биморф, а фазы их колебаний смещены на 180, т.е. они противофазны. Это дает форму изгиба сечения А-А, показанную на фиг. 1в, т.е. крутильны колебания вокруг оси Z цилиндра. Аналогичный процесс происходит в остальных возбуждающих электродах, т.е. пара верхних электродов 16 и 1 образует первый биморф, пара нижних электродов 18 и 19 - нижний биморф. Сигнал, получаемый при помощи крутильных колебаний, снимается с измерительных электродов, соответственн образующих два верхних биморфа (электроды 12, 13 и 20, 21) и два нижних биморфа (электроды 14, 15 и 22, 23). Определение твердости контролируемого материала аналогично методике, описанной при возбуждении пперечных колебаний.

При определении твердости материалов и изделий с высокой жесткостью во всех- направлениях в пьезоке- раийческом преобразователе возбуждаются продольные колебания. Определение твердости производят аналогично т.е. от блока- 27 поступает соответс вую1ций сигнал на блок 24, который сединяет электроды 8-11 и 16-19 с выходом генератора 25 (эти электроды становятся возбуждакицими). Измерительными электродами становятся электроды 12-15 и 20-23, соединенны с входом фазометра 26 (фиг. 6).

После включения генератора 25 и подачи на возбуждающие электроды

поперечных

напряжения синусоидальной формы в пьезокерамическом цилиндре 2 возбуждаются резонансные продольные колебания (эпюра распределения амплитуд продольных колебаний показана на фиг. 1г). Определение твердости контролируемого материала аналогично методике, описанной при возбуждении колебаний.

Формула изобретения.

Устройство для контроля твердости, содержащее корпус, размещенный в нем с возможностью перемещения вдоль его оси пьезоэлектрический преобразователь с индентором на конце, пружину нагрузки для взаимодействия с индентором и корпусом, генератор и регистратор, о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей и повышения производительности, оно снабжено блоком коммутации, сигнальный вход которого соединен с первым выходом генератора, и блоком управления и индикации, выходы которого соединены с управляюо ими входами генератора и блока коммутации соответственно, регистратор выполнен в виде фазометра, первый вход которого соединен с вторым выходом генератора, второй - с информационным выходом блока коммутации, а выход - с входом блока управления и индикации, пьезоэлектрический преобразователь выполнен в виде полого цилиндра из керамики с радиальной поляризацией, внутреннего электрода, соединенного с корпусом и расположенных равномерно вдоль направляющей и экви- дис- антно основаниям цили1здра четырех групп внешних электродов, каждая из которых состоит из четырех элект родов, симметрично расположенных относительно направляющей и образующей проходящих через центральную точку каждой из групп, каждый из внешних электродов соединен с соответствующим регистрирующим входом блока коммутации.

1434323

Фиг, 1

г.

Редактор Е.Копча

Составитель А.Паникленко

Техред л Олийнык Корректор И.Муска

Заказ 448

Тираж 788

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-ЗЗ, Раушская наб. д. 4/5

c .if

Подписное