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超聲波硬度計(jì)原理
超聲波硬度計(jì)原理

 超聲硬度計(jì)是借助超聲傳感器桿諧振頻率的變化來(lái)測(cè)量硬度，主要用于測(cè)定金屬的洛氏硬度，采用比較法也可用于其他測(cè)量。超聲硬度測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)試件表面的破壞極小、測(cè)量速度很快、操作程序簡(jiǎn)單，特別適合于成品工件檢驗(yàn)，并且可以手握測(cè)頭直接對(duì)工件檢測(cè)，特別適合于不易移動(dòng)的大型工件、不易拆卸的部件進(jìn)行測(cè)量。

    在均勻的接觸壓力下，傳感器桿的壓頭與試件表面接觸，則傳感器桿的諧振頻率會(huì)隨試件的硬度而改變，通過(guò)測(cè)量傳感器桿的這種諧振頻率變化，即可確定試件的硬度。

    測(cè)頭中的傳感器桿一端和一個(gè)大質(zhì)量剛體固定在一起，另一端鑲有金剛石壓頭，當(dāng)壓頭與試件不接觸時(shí)，壓頭處于自由狀態(tài)。在形成縱向振動(dòng)后，傳感器桿的固定端是振動(dòng)的波節(jié)點(diǎn)，壓頭端由于振幅大而成為振動(dòng)的波腹點(diǎn)，因此桿的長(zhǎng)度等于振動(dòng)波長(zhǎng)的1/4，此時(shí)的頻率是傳感器處于自由狀態(tài)下的諧振頻率。

    當(dāng)傳感器的壓頭端完全被試件與大質(zhì)量剛體緊固地夾住時(shí)，這是理想情況下，傳感器桿的兩端都將成為振動(dòng)的波節(jié)點(diǎn)，則桿的長(zhǎng)度等于振動(dòng)波長(zhǎng)的1/2，這時(shí)的諧振頻率等于壓頭端處于自由狀態(tài)時(shí)起始頻率的兩倍。

    當(dāng)壓頭被壓到試件上，一般是介于上述兩者之間，在固定負(fù)荷作用下，對(duì)于彈性模量相同的試件來(lái)說(shuō)，若試件的硬度越低，則壓頭與其表面的接觸面積愈大，使傳感器桿的壓頭端被夾緊的程度也愈大，于是此端振動(dòng)幅度也愈小，相應(yīng)的振動(dòng)波腹點(diǎn)愈向桿的固定端方向移動(dòng)，因此振動(dòng)波長(zhǎng)就愈小，即桿的諧振頻率也就愈高。通過(guò)測(cè)量傳感器桿諧振頻率的變化，就可確定試件的硬度。

    試件的彈性模量不同，也會(huì)影響接觸面積的大小，即影響傳感器桿諧振頻率的變化。因此，超聲硬度試驗(yàn)法是一種比較測(cè)量的方法，需要以彈性模量和被測(cè)試件相同的試塊作為校準(zhǔn)試塊來(lái)消除這種影響。

    在測(cè)頭中有一個(gè)具有磁致伸縮效應(yīng)的傳感器桿，一端焊到一個(gè)鋼圓柱體上，此圓柱體質(zhì)量要比傳感器大得多，另一端鑲有136金剛石角錐壓頭，激勵(lì)線圈繞在傳感器桿上，在靠近傳感器桿與圓柱體的連接處固定上壓電晶體片。

    傳感器桿作為一個(gè)機(jī)械諧振子，插入到激勵(lì)放大器的反饋電路中，在激勵(lì)線圈的作用下，使傳感器桿產(chǎn)生縱向超聲振動(dòng)，由壓電晶片檢出這個(gè)信號(hào)，正反饋到激勵(lì)放大器的輸入端，構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器，其振蕩頻率就是傳感器桿的諧振頻率，反映了試件的硬度。

    從激勵(lì)放大器輸出一個(gè)信號(hào)，饋送到脈沖電路中，形成一個(gè)重復(fù)頻率，是上述振蕩頻率1/2的方波脈沖，經(jīng)脈沖功率放大器放大，啟動(dòng)鑒頻器。在鑒頻器中，把反映不同硬度的頻率變化轉(zhuǎn)換成直流電流的變化，然后用一個(gè)直接用硬度單位標(biāo)度的直流微安表指示出來(lái)。在硬度刻度事先用標(biāo)準(zhǔn)試塊校準(zhǔn)后，就可從指示表上直接讀出試件的硬度值。

    作為該型超聲硬度計(jì)還采用充電裝置來(lái)直接由220V交流電對(duì)電池組充電，用穩(wěn)壓器消除工作過(guò)程中電池組電壓下降對(duì)示值穩(wěn)定性的影響。
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