超声硬度计是借助超声传感器杆谐振频率的变化来测量硬度,主要用于测定金属的洛氏硬度,采用比较法也可用于其他测量。超声硬度测量的优点是对试件表面的破坏极小、测量速度很快、操作程序简单,黑白密度计 http://www.heibaimiduji.com 特别适合于成品工件百分之百检验,并且可以手握测头直接对工件检测,特别适合于不易移动的大型工件、不易拆卸的部件进行测量。
在均匀的接触压力下,传感器杆顶尖的压头与试件表面接触,则传感器杆的谐振频率会随试件的硬度而改变,通过测量传感器杆的这种谐振频率变化,即可确定试件的硬度。
测头中的传感器杆一端和一个大质量刚体固定在一起,另一端镶有金刚石压头,当压头与试件不接触时(图1a),压头处于自由状态。在形成纵向振动后,传感器杆的固定端是振动的波节点,压头端由于振幅最大而成为振动的波腹点,因此杆的长度等于振动波长的1/4,此时的频率是传感器处于自由状态下的谐振频率。
当传感器的压头端完全被试件与大质量刚体紧固地夹住时(图1c),这是理想情况下,传感器杆的两端都将成为振动的波节点,则杆的长度等于振动波长的1/2,这时的谐振频率等于压头端处于自由状态时起始频率的两倍。当压头被压到试件上,一般是介于上述两者之间(图1b),在固定负荷作用下,对于弹性模量相同的试件来说,若试件的硬度越低,则压头与其表面的接触面积愈大,使传感器杆的压头端被夹紧的程度也愈大,于是此端振动幅度也愈小,相应的振动波腹点愈向杆的固定端方向移动,因此振动波长就愈小,即杆的谐振频率也就愈高。通过测量传感器杆谐振频率的变化,就可确定试件的硬度。
在测头中有一个具有磁致伸缩效应的传感器杆,一端焊到一个钢圆柱体上,此圆柱体质量要比传感器大得多,另一端镶有136金刚石角锥压头,激励线圈绕在传感器杆上,在靠近传感器杆与圆柱体的连接处固定上压电晶体片。
传感器杆作为一个机械谐振子,插入到激励放大器的反馈电路中,在激励线圈的作用下,使传感器杆产生纵向超声振动,由压电晶片检出这个信号,正反馈到激励放大器的输入端,构成一个自激振荡器,其振荡频率就是传感器杆的谐振频率,反映了试件的硬度。从激励放大器输出一个信号,馈送到脉冲电路中,形成一个重复频率,是上述振荡频率1/2的方波脉冲,经脉冲功率放大器放大,启动鉴频器。在鉴频器中,把反映不同硬度的频率变化转换成直流电流的变化,然后用一个直接用硬度单位标度的直流微安表指示出来。在硬度刻度事先用标准试块校准后,就可从指示表上直接读出试件的硬度值。
按照目前的电子技术发展而言,以上的超声硬度计应该可以实现数字化,从而进一步提高测量的精度、稳定性与可靠性。
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