Малогабаритный цифровой твердомер

 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к методам электроакустического контроля твердости материалов. Цель изобретения повышение точности за счет исключения погрешностей преобразования и индикации. Сигнал с пьезоэлектрического датчика 6, несущий информацию о твердости материалов, через выполненный антилогарифмическим усилитель 7 поступает на измерительную схему, где преобразуется в цифровую ферму. Частота преобразования задается кварцевым генератором 41, информация хранится в двоично-десятичном счетчике 33, связанном с блоком 35 формирования кода записи и блоком 38 индикации , время индикации которого определяется одновибратором 27. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. с S (Л СА:) ел со о: (fjue.l

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

1 Ai (59 4 С 01 N 3/48 4 у

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3854988/25-28 (22) 06.12.84 (46) 15.12.87. Бюл. Р 46 (72) Ш.Х.Кашаев, В.А.Клименко и О,В.Торопцов (53) 620. l 7 8. 153 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1040382, кл. G О1 N 3/48, 1980.

Авторское свидетельство СССР

Р 297900, кл . G 0! N 3/48, 1969.

-(54) МАЛОГАБАРИТНЫЙ ЦИФРОВОЙ ТВЕРДОNEP (57) Изобретение относится к испытательной технике, а именно к методам электроакустнческого контроля твердости материалов. Цель изобретения— повышение точности за счет исключения погрешностей преобразования и индикации. Сигнал с пьезоэлектрического датчика 6, несущий информацию о твердости материалов, через выполненный антилогарифмическим усилитель 7 поступает на измерительную схему, где преобразуется в цифровую форму.

Частота преобразования задается кварцевым генератором 41, информация хранится в двоично-десятичном счетчике

33, связанном с блоком 35 формирования кода записи и блоком 38 индикации, время индикации которого определяется одновибратором 27. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

13597

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к методам электроакустического контроля твердости материалов.

Цель изобретения — повьппение точности эа счет исключения погрешностей преобразователя частота — ток и стрелочного индикатора.

На фиг.1 представлена блок-схема

10 устройства, на фиг.2 — эпюры напряжений в различных точках электронной схемы; на фиг. 3 — зависимость между частотой нагруженного преобразователя и соответствующим ей значением твердости.

Малогабаритный цифровой твердомер содержит магнитострикционный стержень 1 с жестко закрепленным индентором 2 на одном конце и инерционной массой 3 на другом, калиброванную

20 пружину 4, взаимодействующую с корпусом 5 и инерционной массой 3, последовательно соединенные пьезоэлектрический датчик 6 и выполненный антило- 25 гарифмическим усилитель 7, выход которого подключен к катушке 8 возбуждения стержня, четыре логические схемы 2И 9-12, логическую схему ЗИ 13, логическую схему NH 14, логическую

30 схему 15 НЕ, первую и вторую логические 16 и 17 схемы 2ИЛИ, логическую схему ЗИЛИ 18, счетный триггер 19, четыре RS-триггера 20-23, девять одновибраторов 24-32, двоично-десятичный счетчик 33, делитель 34 частоты, блок 35 формирования сигнала начальной установки, блок 36 формирования кода записи, блок 37 формирования коные переключатели 39 и 40 и кварцевый генератор 41, выход которого соединен с первым входом первой схемы 2И 9, выход которой подключен ко второму 45 входу первой схемы 2ИЛИ 16, выход ко-. торой подключен к счетному входу двоично-десятичного счетчика 33 разрядные выходы которого подключены к входу блока 38 индикации, а также к N-1

50 входам схемы NH 14, N-й вход которой соединен с третьим входом схемы ЗИ

13, первым входом второй схемы 2И 10 и прямым выходом первого RS триггера

20, выход схемы NH 14 соединен с Sвходом второго RS-триггера 21, прямой выход которого подключен к входам первого и второго одновибраторов

24 и 25, инверсный выход первого од55 да записи делителя, блок 38 цифровой 40 индикации, первый и второй К-контакт16

2 новибратора 24 подключен к входу третьего одновибратора 26, а прямой выход второго одновибратора 25 — к Rвходу первого RS-триггера 20, прямой выход третьего одновибратора 26 соединен с разрядными входами записи кода двоично-десятичного счетчика 33 и с S-входом третьего RS-триггера 22, прямой выход которого подключен к первому входу третьей схемы 2И 11, а инверсный — к входу. четвертого одновибратора 27, прямой выход которого соединен с управляющим входом блока 38 индикации, а инверсный — с входом пятого одновибратора 28, прямой выход которого подключен к первым . входам схемы ЗИЛИ 18 и второй схемы

2ИЛИ 17, выход которой соединен с Sвходом первого RS-триггера 20, выход блока 35 формирования сигнала начальной установки подключен к вторым входам второй схемы 2ИЛИ 17 и схемы

ЗИЛИ 18, выход которой соединен с разрядными входами установки нулевого состояния двоично-десятичного счетчика 33, разрядные входы записываемого кода которого подключены к соответствующим выходам блока 36 формирования кода записи счетчика, входы которого соединены с контактами первого К-контактного переключателя

39, контакты второго К-контактного переключателя 40 соединень| с входами блока 37 формирования кода записи делителя, выходы которого подключены к разрядным входам записываемого кода делителя, выход которого соединен с . входом шестого одновибратора 29, выход которого подключен к второму входу третьей схемы 2И 11, Разрядным входам записи кода делителя 34 частоты, входам счетного триггера 19 и седьмого одновибратора 30, прямой выход которого подключен к первому входу схемы ЗИ 13, а инверсный — к входу восьмого одновибратора 31, прямой выход которого соединен с вторым входом второй схемы 2И 10, выход которого подключен к третьему входу схемы ЗИЛИ 18 и R-входу второго RSтриггера 21, выход усилителя 7 соединен с вторым входом схемы ЗИ 13 и входом делителя 34 частоты, прямой выход счетного триггера 19 подключен к второму входу четвертой схемы 2И

12, первый вход которой соединен с прямым выходом четвертого RS-триггера 23, выход четвертой схемы 2И 12

1359716 положительного импульса с прямого выхода одновибратора 30, импульсы с выхода усилителя 7 поступают через схему 2ИЛИ 16 на вход счетчика ЗЗ (эпюра d).

В работе дискриминатора частоты могут участвовать первые несколько или все разряды двоично-десятичного счетчика 33 в зависимости от его информационной емкости.

Порог дискриминатора частоты выбирается несколько выше частоты F т.е. соотношение длительности ворот дискриминатора и емкости части счетчика 33, участвующей в работе дискриминатора частоты, устанавливается таким, чтобы фиксировать увеличение частоты преобразователя. Количество входов схемы NH 14 выбирается в зависимости от количества участвующих в работе дискриминатора частоты разрядов счетчика 33. При поступлении на вход двоично-десятичного счетчика 33 импульсов с частотой F, дискриминатор не срабатывает, а по срезу импульса с инверсного выхода одновибратора 30 формируется одновибратором

31 короткий единичный импульс (эпюра 1), который, пройдя через схемы

2И 10 и ЗИЛИ 18, устанавливает двоично-десятичный счетчик 33 в нулевое состояние.

Во время контакта индентора 2 преобразователя с испытуемой поверхностью резонансная частота преобразователя увеличивается, что фиксируется дискриминатором частоты, т.е. на выходе схемы NH 14 (эпюра f) появляется положительный импульс, устанавливающий триггер 21 в единичное сос-, тояние (эпюра g). Фронтом этого импульса запускаются одновибраторы 24 и 25, которые формируют короткий единичный импульс, сбрасывающий триггер

20 в нулевое состояние (эпюра а), н этот низкий потенциал запрещает работу дискриминатора частоты.

В то же время одновибратором 24 формируется импульс (эпюра h), длительность которого определяет интервал времени t — t, в течение которого происходит внедрение индентора в испытуемую поверхность. По оконча жи времени внедрения одновибратором

26 (по срезу импульса с инверсного выхода одновибратора 24) формируется короткий единичный импульс, перебрасывающий триггер 22 по S-входу в едиподключен к второму входу первой схемы 2И 9 и входу схемы HE 15, выход которой подключен к входу девятого одновибратора 32, прямой выход которого соединен с R-входами третьего

22 и четвертого 23 RS- триггеров, а

S-вход четвертого триггера 23 соединен с выходом третьей схемы 2И 11.

Твердомер работает следующим обра- 10 зом.

Иагнитострикционный стержень 1 с жестко закрепленным индентором 2 на одном конце и инерционной массой 3 на другом, пьезоэлектрический датчик 15

6, укрепленный на стержне 1 вблизи пучности его напряженного состояния и последовательно соединенный с усилителем 7, выход которого подключен к катушке 8, составляют преобразова- 20 тель твердомера, являющийся резонансной колебательной системой.

При подаче электрического питания в контуре, охваченном положительной обратной связью (через катушку 8), возникают свободные колебания частое той F, (фиг. 2, эпюры Ь) . Одновременно с подачей питания кварцевый генератор 41 начинает генерировать импульсную последовательность частотой 30

F (эпюра О), блок 35 формирования сигнала начальной установки (реализуемый, например, на основе RC-цепочки с последующими каскадами формирователей импульса) формирует одиночный положительный импульс, устанавливающий счетчик 33 в нулевое состояние через схему ЗИЛИ 18 и через схему

2ИЛИ 17, триггер 20 по S-входу — в единичное состояние (эпюра а ). Еди- 40 ничный потенциал (уровень) с прямого выхода триггера 20 разрешает прохождение сигналов через схемы ЗИ 13, 2И 10 и NH 14. Импульсы с выхода усилителя 7 преобразователя частотой 4S

Р,д поступают на второй вход схемы

ЗИ 13 и вход делителя 34 частоты, по фронту импульса с выхода которого одновибратором 29 формируется короткий единичный импульс. Этим им- 60 пульсом перебрасывается счетный триггер 19 (эпюра 1), записывается код числа с выхода блока 37 формирования кода записи, определяемый положением переключателя 40; запускается одновибратор 30, формирующий временные е

"ворота дискриминатора частоты преобразователя (эпюра С) . В течение времени, определяемого длительностью

5 1359 ничное состояние (эпюра К) и произ водящий запись кода с выхода блока

36 формирования кода записи в двоич. но-десятичный счетчик 33. Код.на вы- ходе блока 36 определяется положением переключателя 39.

После поступления единичного (раз-.. решающего) потенциала на первый вход схемы 2И 11 разрешается прохождение импульса с выхода одновибратора 29 на вход триггера 23 (эпюра М), на выходе которого появляется высокий потенциал, поступающий на первый вход схемы 2И 12. Положительный импульс с выхода счетного триггера (эпюра 1) проходит в этом случае через схему 2И 12 на входы схемы НЕ 15 и схемы 2И 9 (эпюра и) . Тем самым в течение интервала tz - t происходит заполнение счетчика 33 (через схему 2ИЛИ 16 импульсами с генератора 41 (эпюра p ). После переброса счетного триггера в нулевое состояние запрещается прохождение импульсов с генератора 41 на вход счетчика

33, а одновибратором 32 триггеры 22 и 23 сбрасываются в нулевое состояние. Фронтом импульса с инверсного выхода триггера 22 запускается одновибратор 27, определяющий время индикации показаний счетчика 33 блоком .38 цифровой индикации (фиг.2, эпюра

r, интервал t q — t<) °

716 кд в счетчик;

 — постоянная делителя, код которой предвари10 ельно записывается в делитель;

N — значение твердости в той или иной системе, Формулы (1) .и (2) дают определен15 ное значение твердости при бесконечно большом количестве значений К

20 Для однозначного определения зна, чений величин КА и А решают следующую систему уравнений:

Я. — — — К

F»ð. — A=N У (3) 25

F» — — К вЂ” A =N »р ъ где F < — частота преобразователя

30 на образце твердостью N,;

F — частота преобразователя на образце твердостью N;

При этом, как видно из уравнений (3), соотношение между частотой наг-

З5 руженного преобразователя и значением твердости имеет обратную зависимость, т.е. большему значению твердости соответствует меньшая частота преобразователя и наоборот.

40 На фиг.3 приведена графическая интерпретация системы уравнений (3) .

Наклон прямой определяется коэффициентом К„ делителя, а постоянная А определяет величину параллельного

45 смещения прямой по оси ординат. Используя это свойство системы уравнений (3), можно, задавая различные числа (их коды) на входы записи счет чика и делителя, производить коррек50 тировку и настройку твердомера по образцам различных материалов с помощью блоков 36 и 37, управляемых переключателями 39 и 40 соответственно.

Преимуществами предлагаемого устройства по сравнению с известными является более высокая точность измерений, обусловленная исключением преобразователя частота — ток и аналогового индикатора, малое потребление

F» — К -A =N

F„

»

F ь

У

»р (2) F„ — частота кварцевого генератора;

F =1/Т вЂ” частота преобразовапр пр теля в нагруженном состоянии

К - полный общий коэффициент делителя частоTbl, i äå

По окончании времени индикации кор отким импуль сом с одновибр а тор а

28 через схему 2ИЛИ 17 триггер 20 устанавливается в единичное состояние и прибор готов к новому циклу измерения. Выбор и расчет основных блоков прибора производят следующим образом.

Соотношение между частотами генератора и преобразователя, разрядностями делителя и счетчика устанавливают следующей формулой: — реальный коэффициент делителя частоты; — постоянная счетчика, код которой предварительно записывается

Fp. и А (при выбранном отношении — — ) .

F»1

135971 энергии ввиду индикации результата после проведения замера.

Формула и з о б р е т е н и я

1. Малогабаритный цифровой твердо:мер, содержащий магнитострикционный стержень с жестко закрепленными ин дентором на одном конце и инерцион,ной массой на другом, калиброванную пружину для взаимодействия с корпу- 10 сом и инерционной массой, последовательно соединенные пьезоэлектрический датчик и усилитель, выход которого подключен к катушке возбудителя стержня, отличающийся

15 тем, что, с целью повышения точности, он снабжен четырьмя логическими схемами 2И, логической схемой ЗИ, логи- . ческой схемой NH, логической схемой

НЕ, двумя логическими схемами 2ИЛИ, 20 логической схемой ЗИЛИ, счетным триггером, четырьмя RS-триггерами, девятью одновибраторами, двоичнодесятичным счетчиком, делителем частоты; блоком формирования сигнала начальной установки, блоком формирования кода записи счетчика и блоком формирования кода записи делителя, блоком цифровой индикации, двумя переключателями и кварцевым генера- 30 тором, выход которого соединен с первым входом первой логической схемы

2И, выход которой подключен к второму входу первой логической схемы

2ИЛИ, выход которой подключен к счетному входу двоично-десятичного счетчика, разрядные выходы которого подключены к входу блока индикации, а также к N-1 входам логической схемы

NH, N — и вход которой соединен с тре- 40 тьим входом логической схемы ЗИ, с первым входом второй логической схемы 2И и с прямым выходом первого RSтриггера, выход логической схемы NH соединен с S-входом второго RS-триг- 4g гера, прямой выход которого подключен к входам первого и второго одновибраторов, инверсный выход первого одновибратора подключен к входу о третьего одновибратора, а прямой вы- б0 ход второго — к R-входу первого RSтриггера, прямой выход третьего одновибратора соединен с разрядными входами записи кода двоично-десятичного счетчика и с S-входом третьего RSтриггера, прямой выход которого подключен к первому входу третьей логи1 ческой схемы 2И, а инверсный — к входу четвертого одновибратора, прямой

6 8 выход которого соединен с управляющим входом блока индикации, а инверсный — с входом пятого одновибратора, прямой выход которого подключен к первым входам логической схемы ЗИЛИ и второй логической схемы 2ИЛИ, выход которой соединен с S-входом первого RS-триггера, выход блока формирования сигнала начальной установки подключен к вторым входам второй ло- гической схемы 2ИЛИ и логической схемы ЗИЛИ, выход которой соединен с разрядными входами установки нулевого состояния двоично-десятичного счетчика, разрядные входы записываемого кода которого подключены к соответствующим выходам блока формирования кода записи счетчика, входы которого соединены с контактами первого переключателя, контакты второго переключателя соединены с входами блока формирования кода записи делителя, выходы которого подключены к разрядным входам записи кода двоичнодесятичного делителя, выход которого соединен с входом шестого одновибратора, выход которого подключен к второму .входу третьей логической схемы

2И, к разрядным входам записи кода двоично-десятичного делителя, к входам счетного триггера и седьмого одновибратора, прямой выход которого подключен к первому входу логической схемы ЗИ, а инверсный — к входу восьмого одновибратора, прямой выход которого соединен с вторым входом второй логической схемы 2И, выход которой подключен к третьему входу логической схемы ЗИЛИ и R-входу второго

RS-триггера, выход усилителя соединен с вторым входом логической схемы

ЗИ и входом делителя частоты, прямой выход счетного триггера подключен к второму входу четвертой логической схемы 2И, первый вход которой соединен с прямым выходом четвертого RSтриггера, выход четвертой логической схемы 2И подключен к второму входу первой логической схемы 2И и входу логической схемы НЕ, выход которой подключен к входу девятого одновибратора, прямой выход которого соединен с R-входами третьего и четвертого RSтриггеров, а S-вход четвертого триггера соединен с выходом третьей схемы 2И.

2 . Твердомер по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что усилитель антилогарифмический.

1359716

gy

1 фиа2

Fnp

fnpg пиеа

Редактор Л.Повхан

Заказ 6149/46

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

6 и е è д

Ф д д г о

lt

0

Р о

Составитель 10. Круглов

Техред М.Ходанич Корректор М.Демчик

Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5