Твердомер Советский патент 1993 года по МПК G01N3/40 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к методам электроакустического контроля твердости материалов, и может быть использовано для измерения твердости термообработанных изделий.

Целью изобретения является повышение точности измерения твердости материалов.

На чертеже представлена блок-схема устройства. .

Цифровой твердомер содержит стержень 1 с жестко закрепленным на одном конце индентором 2 и на другом - массой 3, датчики приема 4 и возбуждения ультразвуковых колебаний 5, усилитель Б, который вместе с датчиками 4 и 5 образует генератор 7, задающий колебания стержня 1 (ГС), выход которого соединен со входами первого 8 и второго 9 смесителей частот: генератор ГНГ 10,-соединенный со 2-м входом смесителя 8; генератор ГУН 11, выход которого соединен со 2-м входом смесителя 9; фильтр

ФНЧ 12 соединен своим входом с выходом смесителя 9 и выходом - со входом форми- , рователя 13, ко второму входу которого присоединен выход генератора ГВГ 14; электронный ключ 15, входы которого соединены с входами смесителя 8 и формирователя 13, а выход - с блоком представления информации 16.

Цифровой твердомер работает следующим образом.

Стержень 1 с закрепленными на нем индентором 2 и массой 3, датчиком приема 4 и возбуждения ультразвуковых колебаний 5, усилитель 6 составляют преобразователь твердомера, являющийся резонансной колебательной системой - генератором 7. При включении электрического питания в стержне возбуждаются ультразвуковые колебания по частоте, равной резонансной частоте свободных колебаний стержня. Одновременно генератор 10, генератор 11, генератор 14 начинают генерировать, последовательности импульсов определенСО

го

о

N3 Ю О

ных частот, соответственно fio, fn, fii. Частоту колебаний генератора 11 f n устанавливают равной частоте свободных колебаний стержня 1, т.е. частоте колебаний генератора 7, fn f. Сигналы fii и fy поступают на вход второго смесителя частот 9, на выходе которого появится разностная частота Afi f - f 1.1. При колебаниях в воздухе, со свободным концом, Afi 0.

При измерении твердости, т.е. при на- гружении индентора стержня,частота колебаний стержня изменится и будет равна f 7 (у всех стержневых преобразователей она повышается). Изменится и разность частот Afi1 (f - fii). поступающая на вход ФНЧ 12. При достижении наперед заданной разности, которая равняется граничной частоте ФНЧ - частота среза , цифровой ФНЧ 12 выдает логический сигнал, который управляет работой формирователя 13, разрешает ему счет импульсов, поступающих на второй вход формирователя 13 от генератора 14. генерирующего импульсы частотой fu. Сигналы генератора f ю и т( поступают на входы первого смесителя 8, на выходе которого появится разностный сигнал Afa - f - fio, который поступает на вход электронного ключа 15. На второй вход ключа 15 поступает сигнал fi4, являющийся для ключа 15 управляющим - он открывает ключ на время действия импульсов fn. C выхода ключа 15 сигнал считывается блоком представления информации 16. За время действия f и через ключ 15 проходит количество импульсов, соответствующее величине измеряемой твердости, а в соответствии с этим количеством блок представления информации 16 выдает число в единицах твердости.

Для конкретного датчика заранее известна традуировочная зависимость, из которой однозначно следует соответствие частоты колебаний, стержня данному значению твердости. Пусть твердости Ti соответствует частота преобразователя fi, a

0

5

0

5

0

5

0

5

твердости Та - частота fa. Обозначим частоту генератора 10 нижней границы через р . а через г длительность импульсов, генерируемых генератором 14, определяющим верхнюю границу диапазона. Во время действия импульса т открыт ключ 15.

Составим систему уравнений:

р - f i - z - разность частот при минимальной твердости;

р 12 s - разность частот при-максимальной твердости;

- число минимальной твердости; rs Та - число максимальной твердости.

Решая систему уравнений, найдем р, т, z, s, по заданным fi. fa, Ti, Та.

Число р есть частота fip генератора, число г-длительность импульсов г генератора 14 и косвенно их частота следования.

Формулаизобретения Твердомер, содержащий корпус, установленный в нем стержень, жестко закрепленные на одном его конце индентор, а на другом - массу, размещенную между корпусом и массой пружину, датчики приема и возбуждения ультразвуковых колебаний стержня и соединенный с ними усилитель, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он снабжён последовательно соединенными генератором установки нижней границы динамического диапазона, первым смесителем частот, электронным ключом и блоком представления информации, последовательно соединенными генератором установки нулевой разности частот свободных колебаний стержня, вторым смесителем частот, фильтром нижних частот, формирователем и генератором верхней границы динамического диапазона, выход Первого смесителя частот соединен с вторым входом второго смесителя и с усилителем, а второй вход электронного ключа связан с формирователем.

Изобретение может быть использовано при контроле твердости материалов. Твердомер включает стержень с закрепленным на нем индентором и массой, датчики приема и возбуждения ультразвуковых колебаний, усилитель. Частота колебаний стержня, пропорциональная твердости контролируемого материала, преобразуется в число твердости, представляемое на цифровом табло. Преобразование сигнала происходит в цифровом виде путем деления его на величину, пропорциональную числу твердости. 1 ил.