2022年11月13日 13:22:40 来源:上海加惠仪器仪表有限公司 >> 进入该公司展台 阅读量:11
超声波硬度计的测试原理 硬度测试已广泛应用于工农业生产、科学试验和国防建设中,它是研究材料的机械性能、选定加工工艺、保证产品质量的重要手段,准确进行硬度测试,对提高产品质量、降低原材料消耗都起着重要作用。随着新型材料的不断出现,硬度计越来越成为衡量产品性能质量的的重要仪器,这就需要研制高精度、高效率、结构*、实用方便的新型硬度计。 1 超声硬度测试方法基本原理 2 系统硬件设计 3 系统软件设计 4 提高测量精度的智能化措施 5 结论
近十年来,硬度的测试多基于压痕法,随着计算机的广泛应用,超声、磁等无损伤硬度测试方法已有了重大突破。目前,硬度测试可采用的方法很多,如直流矫顽力法、光栅法、磁栅法、巴克豪森发射法、超声传感器法等,其中光栅、磁栅法虽精度很高,但属于压痕法,对被测物表面损伤较大,成本也较高;直流矫顽力法需预先对被测物的材料、形状、尺寸和工作条件进行破坏性检验,以作出标准测量曲线,故只适用于大批同一零件的检验;巴克豪森发射法虽在无损检测方面潜力很大,但测试设备很复杂,在通用的测试中不易采用;超声传感器法是使传感器测头与被测件接触,在均匀的接触压力下,使传感器的谐振频率随压痕深度(即硬度)而改变,通过计量该频率的变化达到测量硬度的目的,该方法对被测件的损伤极小,为无损伤测量,同时采用机电转换的信号拾取方式,与上述其它方法相比具有很大的优越性。基于超声计量原理,研制出精度高、功能强的智能型数显超声硬度计。
1.1 传感器工作原理
传感器由压电晶体、励磁线圈、传感器杆、金刚石锥体等组成,传感器杆一端与一个大质量刚体固定在一起,另一端镶有金刚石锥体压头。当压头与被测件不接触时(如图
1.2 测头的激励振荡源及输出信号处理
这是一个标准的正反馈振荡器,BG2输出的振荡电流流过测头中的线圈,产生的交变磁场推动传感器杆振动,杆的振动又作用在压电陶瓷上,由压电陶瓷输出一个经过“放大”的电信号(正弦信号),再正反馈到BG1,形成自激振荡。电路起振后,振荡频率主要由传感器中的杆负荷及弹簧弹性系数决定。
测头的输出信号是峰值约为0.4V的近似正弦波信号,经放大整形后送入
微处理器采用内含4k字节快擦写PEROM的8位单片机
软件设计的主导思想是:采用模块化结构,大量调用子程序及中断服务程序,尽量减少主程序内容,使条理清晰,调试方便,并充分利用布尔处理功能,使程序运转灵活方便。
上电后首*行自检,一切正常时,显示器显示“0”,初始化为洛氏硬度。软件设计的一个重要环节是检测频率信号的稳定性,因为如果被测试块表面光洁度不够或操作者操作不当等都可能造成频率抖动,这样的频率应由计算机给予“剔除”,否则将造成很大误差。另外,频率从自由振荡到有荷振荡需要一段时间,这期间应不予计数,数据处理在定时器溢出中断服务程序中完成,根据测得的频率得到相应的硬度值,再按要求查表转换成相应的布氏、洛氏、韦氏硬度标度后送显示器显示。
4.1 超声硬度曲线的分段直线拟合
试件的硬度与超声传感器的输出频率成近似线性的反比例关系(如图
4.2 面向标准试块的校准
超声传感器测头由于制造工艺等方面的因素,相互间存在一定的差异,而用软件设计的逼近曲线则是固定的,这势必会造成误差。系统设计时对这一问题作了必要的考虑,即可以通过键盘上的“+
这种校准方法还有效地解决了测头在很宽温度范围内工作时本身的频率“偏移”问题,因此,每次正式测量之前,只要用标准试块进行校准,就可以获得很高的精度。
采用超声传感器研制的智能硬度计具有以下特点:
(1)以单片微处理器
(2)实现了硬件软化,增加了许多新功能,如多点测量平均,结果打印,布、洛、韦转换等。尤其是非线性直线拟合及面向标准试块校准等智能技术的应用,使系统精度明显提高,分辨率为0.1HRC,实测精度达0.5HRC.
(3)集成度高,结构紧凑,硬软件都采取必要的抗干扰措施,能在较恶劣的环境下可靠工作。该硬度计交直流两用,以适合野外作业。