專利名稱：便攜式硬度測量儀的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種便攜式硬度測量儀，屬金屬材料的硬度測試技術(shù)領域。
在已有技術(shù)中，用于測試金屬材料表面里氏硬度的測試儀，有多種形式，如中國專利申請88200728、89213563.8等，主要由硬度／電壓傳感器、電信號放大、采集器和數(shù)據(jù)處理、顯示打印部分等組成。其不足之處是電信號模／數(shù)轉(zhuǎn)換部分采用的是八位模／數(shù)轉(zhuǎn)換器，因而精度較差，不能滿足里氏硬度標準的要求。且使用的數(shù)據(jù)處理機不能與通用的微機兼容，在數(shù)據(jù)統(tǒng)計、處理上有很大局限性。
本實用新型的目的是采用帶有高精度模／數(shù)轉(zhuǎn)換器的單片計算機芯片，以提高儀器的測量精度，使其符合里氏硬度的測量標準。同時對儀器配置先進的數(shù)據(jù)處理微機，使其性能價格比優(yōu)于已有的儀器。
本實用新型的內(nèi)容是便攜式硬度測量儀由硬度／電壓傳感器、放大電平變換器、帶有模／數(shù)轉(zhuǎn)換器的單片計算機、便攜式微機和打印機組成。硬度電壓傳感器將被測金屬物體的硬度轉(zhuǎn)換成電壓信號，此電壓信號經(jīng)放大電平變換器放大、移位后送入單片計算機進行數(shù)／模轉(zhuǎn)換，由此得到的數(shù)字編碼值，經(jīng)微機的串行通訊接口進入便攜式微機進行處理、顯示，最后打印出測試結(jié)果。


圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)方框圖。
圖2是放大電平變換器的電路圖。
圖3是本實用新型的計算公式所依據(jù)的波形示意圖。
以下結(jié)合附圖，詳細介紹本實用新型的內(nèi)容。
根據(jù)里氏硬度測量原理，硬度／電壓傳感器產(chǎn)生的電壓信號，經(jīng)放大、電平變換后在模／數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入端的信號，如圖3所示。圖3中，VC為靜態(tài)電壓值，VA為測試硬度過程中，傳感器的沖擊電壓峰值，VB為反彈電壓峰值。A為VA與VC的差值，B為VC與VB的差值。里氏硬度值以L表示，則有L＝ (B)/(A) ×1000 (1)里氏硬度／電壓傳感器產(chǎn)生的模擬信號，經(jīng)過模／數(shù)轉(zhuǎn)換時，將會產(chǎn)生量化誤差。
由(1)式得L＝ (B)/(A) ×1000＝ (VC-VB)/(VA-VC) ×1000對上式求微分，并設VC為常量，VA和VB的量化誤差相等，則對里氏值的相對誤差取絕對值為(｜△L｜)/(L) ＝ (△VA)/(VA-VC) ( 1000/(L) ＋1) (2)其中△VA為量化誤差。由式(2)可得如下結(jié)論①當里氏硬度值較小時，里氏值的相對誤差則較大；②量化誤差越小，則里氏硬度值相對誤差越??；③VA與VC的差值越大，則相對誤差越小。其中VA由里氏硬度／電壓傳感器的特性來決定，因而VC的取值對減小硬度的測量誤差至關重要。本實用新型設計的硬度測量儀，其里氏值的測量范圍為200～900，由(1)式得Lmax＝ (Bmax)/(A) ×1000＝900即 (Bmax)/(A) ＝0.9 (3)由圖3中可看出A＋Bmax＝V (4)V為模／數(shù)轉(zhuǎn)換輸入電壓范圍。
將(3)式與(4)式聯(lián)立，并令VA＝V則有VC＝ 0.9/1.9 V (5)當輸入電壓反相時，則有VC＝ (V)/1.9 。基于上述推論，設計了圖2所示的放大電平變換器。由IN端輸入的信號是硬度／電壓傳感器送來的電壓信號。運算放大器U1B與電阻R1、R2和電位器R3構(gòu)成前級放大器，調(diào)整R3即可調(diào)整輸入信號放大量。電阻R4、R5、R6和電位器R7及穩(wěn)壓管Z1、運算放大器U1C構(gòu)成電壓參考基準源，作為靜態(tài)電壓調(diào)整電路和單片計算機的基準源。電阻R8、R9、R10、R12和電位器R11、運算放大器U1D構(gòu)成靜態(tài)電壓調(diào)整電路，改變其中R11的值，即可改變靜態(tài)電壓VC的值。電阻R13、R14和運算放大器U1A構(gòu)成末級放大電路，至此，根據(jù)公式(1)，由硬度／電壓傳感器的信號經(jīng)放大移位后得到的VA、VB，即可計算出金屬的里氏硬度值。ACIN端接單片計算機的輸入端。經(jīng)單片計算機進行模／數(shù)轉(zhuǎn)換后得到數(shù)字編碼值。此數(shù)字編碼值經(jīng)微機的通訊接口進入便攜式微機進行處理、顯示，最后打印出測試結(jié)果。
本實用新型設計的里氏硬度測量儀，不僅能測量出物體的里氏硬度值，還能將其換算成布氏、洛氏、維氏、肖氏硬度值，并通過軟件將其硬度換算成強度值，最后測試結(jié)果由打印機打印出來。本測量儀器具有高精度、性能可靠、測試范圍符合里氏硬度標準等特點。
權(quán)利要求1.一種用于測量金屬表面硬度的便攜式硬度測量儀，包括硬度/電壓傳感器、便攜式微機及打印機，其特征在于還包括放大電平變換器和單片計算機芯片；所述的放大電平變換器由四個運算放大部分組成，從硬度/電壓傳感器送來的電壓信號經(jīng)運算放大器U1∶B與電阻R1、R2和電位器R3進行前級放大，電阻R4、R5、R6和電位器R7及穩(wěn)壓管Z1、運算放大器U1∶C構(gòu)成電壓參考基準源，電阻R8、R9、R10、R12和電位器R11、運算放大器U1∶D構(gòu)成靜態(tài)電壓調(diào)整電路，電阻R13、R14和運算放大器U1∶A構(gòu)成末級放大電路，ACIN端接單片計算機的輸入端；所述的單片計算機中帶有模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，由放大電平變換器放大的電壓信號，移位后送入單片計算機進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，得到的數(shù)字編碼值經(jīng)微機的串行通訊接口進入便攜式微機處理，最后進入顯示、打印。
專利摘要本實用新型涉及一種用于測量金屬物體硬度的硬度測量儀，它是由硬度/電壓傳感器、放大電平變換器、單片計算機和便攜式微機及打印機構(gòu)成。它不僅能測量出物體的里氏硬度值，還能將其換算成布氏、洛氏、維氏、肖氏硬度值，還能通過軟件將其硬度值換算成強度值，并將測試結(jié)果打印出來。本測量儀具有高精度、性能可靠、測試范圍符合里氏硬度標準及微機化數(shù)值處理等特點，同時特別適用于現(xiàn)場測試。
文檔編號G01N3/40GK2148960SQ9320026
公開日1993年12月8日 申請日期1993年1月12日 優(yōu)先權(quán)日1993年1月12日
發(fā)明者姚友良, 袁春懷 申請人:姚友良, 袁春懷