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超聲波硬度計原理

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

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隨試件的硬度而改變，通過測量傳感器桿的這種諧振頻率變化，即可確定試件的硬度。

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

當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，這是理想情況下，傳感器桿的兩端都將成為振動的波節(jié)點，則桿的長度等于振動波長的1/2，這時的諧振頻率等于壓頭端處于自由狀態(tài)時起始頻率的兩倍。

當壓頭被壓到試件上，一般是介于上述兩者之間，在固定負荷作用下，對于彈性模量相同的試件來說，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，于是此端振動幅度也愈小，相應(yīng)的振動波腹點愈向桿的固定端方向移動，因此振動波長就愈小，即桿的諧振頻率也就愈高。通過測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，超聲硬度試驗法是一種比較測量的方法，需要以彈性模量和被測試件相同的試塊作為校準試塊來消除這種影響。

在測頭中有一個具有磁致伸縮效應(yīng)的傳感器桿，一端焊到一個鋼圓柱體上，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。

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

從激勵放大器輸出一個信號，饋送到脈沖電路中，形成一個重復頻率，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，然后用一個直接用硬度單位標度的直流微安表指示出來。在硬度刻度事先用標準試塊校準后，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還采用充電裝置來直接由220V交流電對電池組充電，用穩(wěn)壓器消除工作過程中電池組電壓下降對示值穩(wěn)定性的影響。

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