Автоколебательное устройство для определения твердости материалов

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Рудницкий Валерий Аркадьевич Крень Александр Петрович Садовников Алексей Олегович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(57) Автоколебательное устройство для определения твердости материалов, включающее корпус, индентор с вмонтированным в нем постоянным магнитом, управляющий, измерительный блоки и блок обратной связи, основную и дополнительную катушки индуктивности,отличающееся тем, что содержит соленоид, охватывающий индентор с возможностью его перемещения в нем, соединенный с измерительным и управляющим блоками. Полезная модель относится к испытательной технике, в частности к устройствам для измерения твердости материалов, и может быть использована для экспресс-анализа свойств полимерных и металлических материалов. 40392007.12.30 Известен прибор 1 для определения твердости материалов, содержащий корпус, редуктор, к основной оси которого крепится рычаг с возможностью поворота относительно этой оси, несущий на другом конце индентор с вмонтированным постоянным магнитом,поворотный стержень, одним концом жестко закрепленный на основной оси, с пружиной захвата на втором конце, контактирующей с рычагом, ограничитель угла поворота индентора, пружинный двигатель, взаимодействующий с системой колес редуктора, устройство остановки и пуска редуктора, индуктивную катушку, охватывающую индентор и схему обработки сигнала. Недостатком прибора является низкая производительность контроля и относительно большая погрешность измерения материалов с низкой твердостью. Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является устройство 2 для определения физико-механических характеристик материалов, содержащее корпус, поворотный рычаг, индентор с прикрепленным к нему постоянным магнитом, электродвигатель,управляющий блок, измерительный блок, блок обратной связи и катушки индуктивности. Недостатком описанного устройства является нелинейность ускоряющего механического импульса, передаваемого электродвигателем на индентор, вследствие применения двигателя переменного тока, что приводит к значительной погрешности прибора при контроле изделий с низкой твердостью. Сущность настоящей полезной модели заключается в том, что с целью расширения диапазона контролируемых материалов и повышения точности контроля она содержит корпус, индентор с вмонтированным в него постоянным магнитом, управляющий, измерительный блоки и блок обратной связи, закрепленные в корпусе основную и дополнительную катушки индуктивности, расположенные соосно с индентором, соленоид, охватывающий индентор и соединенный с измерительным и управляющим блоками. Новым признаком полезной модели является соленоид, соединенный с измерительным и управляющим блоками, поле которого, регулируемое блоком управления, обеспечивает устойчивое автоколебательное движение индентора при контроле мягких и очень мягких материалов,обеспечивая высокую точность измеряемой твердости этих материалов. На фигуре представлена схема устройства. Автоколебательное устройство для определения физико-механических характеристик материалов состоит из корпуса 1, установленных на нем соленоида 2, основной 3 и дополнительной 4 катушек индуктивности. Индентор 5 с вмонтированным в нем постоянным магнитом 6 располагается внутри соленоида 2,удерживающего его от боковых перемещений. С основной катушкой индуктивности 3 и соленоидом 2 связан управляющий блок 7. Измерительный блок 8, связанный с соленоидом, регистрирует временной интервал между включениями соленоида 2. Дополнительная катушка индуктивности 4 установлена соосно с основной катушкой 3 индуктивности и соленоидом 2, ее магнитное поле всегда направлено навстречу магнитному полю постоянного магнита 6. Обратная связь реализуется блоком обратной связи 9, подключенным к управляющему блоку 7. Образец 10 располагается между основанием 1 и катушкой 3. Устройство работает следующим образом. При нажатии пусковой кнопки (на фигуре не показана) управляющий блок 7 подает ток в обмотку соленоида 2, где создает магнитное поле, которое, взаимодействуя с постоянным магнитом 6, поднимает индентор 5 до ограничителя (на фигуре не показан). При отпускании кнопки ток отключается, индентор 5 движется вниз под действием силы тяжести, и в основной катушке индуктивности 3 постоянный магнит 6 индуцирует сигнал, который является входным для управляющего блока 7. При достижении наведенной ЭДС в катушке 3 порогового значения управляющий блок 7 включает соленоид 2, сообщая индентору 5 ускоряющий импульс. Поле соленоида 2 ускоряет индентор 5 до момента соударения (индентор движется вниз) либо после (индентор движется вверх) в зависимости от настройки управляющего блока 7. Если управляющий блок 7 настроен таким образом, что ускоряет индентор до момента соударения (движение вниз), то схема работы прибора выглядит следующим образом. При 2 40392007.12.30 приближении индентора 5 к испытуемому материалу постоянный магнит 6 взаимодействует с полем дополнительной катушки индуктивности 4, и сила взаимодействия несколько уменьшает скорость индентора и силу удара. В момент соударения индентор 5 резко тормозится, и затем происходит его отскок вследствие усилия, обусловленного восстановлением упругой деформации контролируемого материала в месте удара и дополнительной силы отталкивания постоянного магнита 6 и дополнительной катушки индуктивности 4. При отскоке индентора 5 в основной катушке индуктивности 3 наводимый сигнал меняет знак и управляющий блок 7 обесточивает соленоид 2. Далее, под действием силы тяжести,скорость отскока замедляется до полной остановки индентора 5, затем индентор 5 начинает движение вниз и цикл повторяется. Если управляющий блок настроен таким образом, что ускоряет индентор после момента соударения (движение вверх), то схема работы прибора выглядит следующим образом. При приближении индентора 5 к испытуемому материалу постоянный магнит 6, прикрепленный к индентору 5, взаимодействует с полем дополнительной катушки индуктивности 4,и сила взаимодействия несколько уменьшает скорость индентора и силу удара. В момент соударения индентор 5 резко тормозится, и затем происходит его отскок вследствие усилия, обусловленного восстановлением упругой деформации контролируемого материала в месте удара и дополнительной силы отталкивания постоянного магнита 6 и дополнительной катушки индуктивности 4. При отскоке индентора 5 в основной катушке индуктивности 3 наводимый сигнал меняет знак и в некоторый момент достигает порогового значения, при котором управляющий блок 7 включает соленоид 2. Индентор начинает ускоряться под действием магнитного поля создаваемого соленоидом 2. Через заданный интервал времени управляющий блок обесточивает соленоид 2. Далее, под действием силы тяжести, скорость отскока замедляется до полной остановки индентора 5, затем индентор 5 начинает движение вниз и цикл повторяется. Сила отталкивания постоянного магнита 6 и дополнительной катушки индуктивности 4 оказывает наибольшее влияние на высоту отскока в том случае, если упругая деформация испытуемого материала незначительна и усилия упругой отдачи обеспечивают отскок индентора на очень малую высоту. Это имеет место при контроле материалов с низкой твердостью. В зависимости от твердости контролируемого материала блок обратной связи 9 регулирует ток в дополнительной катушке индуктивности 4 таким образом, чтобы обеспечить устойчивое ударно-колебательное движение индентора на изделиях с произвольной твердостью. Предлагаемая полезная модель позволяет существенно расширить диапазон измерения твердости материалов и повысить точность за счет возможности контроля материалов с максимально низкой твердостью, благодаря использованию соленоида, магнитное поле которого регулируется управляющим блоком. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3