Устройство для измерения физико-механических свойств защитных покрытий

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ(71) Заявитель ГНУ Институт прикладной физики НАН Беларуси(72) Авторы Рудницкий Валерий Аркадьевич Минченя Виталий Владимирович(73) Патентообладатель ГНУ Институт прикладной физики НАН Беларуси(57) Устройство для измерения физико-механических свойств защитных покрытий, содержащее корпус, расположенный в нем ударник и узел нагружения ударника, отличающееся тем, что оно снабжено мембранным пластинчатым пьезоэлементом, в центре которого укреплен ударник, а сам пьезоэлемент установлен на упругом подвесе, причем узел нагружения ударника выполнен в виде цилиндрической пневмокамеры, состоящей из герметично соединенных между собой частей цилиндрического корпуса устройства, причем корпус выполнен разъемным по резьбовому сопряжению, и одна его часть содержит герметично соединенные между собой наружную крышку, в которой установлена кнопкапоршень, снабженная возвратной пружиной и уплотнителем, серединную, жестко фиксированную перегородку, расположенную внутри корпуса цилиндрической пневмокамеры перпендикулярно ее продольной оси, упругий подвес с мембранным пластинчатым пьезоэлементом, а вторая часть корпуса содержит опорную поверхность с возможностью регулировки ее положения вдоль продольной оси устройства, в центре мембранного пластинчатого пьезоэлемента оппозитно ударнику установлен якорь дифференциального индуктивного датчика, а сам дифференциальный индуктивный датчик установлен в резьбовое отверстие в центре серединной перегородки с возможностью регулирования его положения вдоль продольной оси пневмокамеры, кроме этого, серединная перегородка имеет дополнительное отверстие, в котором установлен перепускной жиклер.(56) 1. Патент США 397229, МПК 01 3/40, 1974. 2. А.с. СССР 1100532, 1984 (прототип). Полезная модель относится к испытательной технике, в частности к устройствам измерения физико-механических свойств защитных покрытий твердости, жесткости, модуля упругости и других. Известно устройство для определения твердости, содержащее корпус, расположенный в нем ударник и узел нагружения ударника. Приведение ударника в движение осуществляется с помощью взрывчатого вещества 1. Недостаток данного устройства - низкая точность определения твердости. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для определения твердости, содержащее корпус, расположенный в нем ударник и узел нагружения ударника. Приведение ударника в движение осуществляется с помощью электрогидравлического удара в жидкости 2. Недостатком известного устройства является низкая точность, обусловленная применением фотоприемника, формирующего управляющий импульс при совмещении отверстий в движущихся частях корпуса. Применение электрогидравлического удара для приведения ударника в движение обуславливает большую энергию ударного воздействия,что не позволяет применить устройство при измерении механических характеристик тонких защитных покрытий. Задачей настоящей полезной модели является повышение точности измерения и расширение номенклатуры контролируемых изделий. Поставленная задача достигается тем, что устройство, содержащее корпус, расположенный в нем ударник и узел нагружения ударника, снабжено мембранным пластинчатым пьезоэлементом, в центре которого укреплен ударник, а сам пьезоэлемент установлен на пружинном подвесе. Узел нагружения ударника выполнен в виде цилиндрической пневмокамеры, состоящей из герметично соединенных между собой цилиндрического корпуса устройства, причем корпус выполнен разъемным по резьбовому сопряжению, наружной крышки, в которой установлена кнопка-поршень, снабженная возвратной пружиной и уплотнением, серединной, жестко фиксированной перегородки, расположенной внутри корпуса цилиндрической пневмокамеры перпендикулярно ее продольной оси, упругого подвеса и мембранного пластинчатого пьезоэлемента. Преобразование перемещения индентора в сигнал измерительной информации осуществляется системой, содержащей якорь дифференциального индуктивного датчика, установленный в центре мембранного пластинчатого пьезоэлемента оппозитно ударнику, и дифференциальный индуктивный датчик, установленный в резьбовое отверстие в центре серединной перегородки с возможностью регулирования его положения вдоль продольной оси пневмокамеры. Серединная перегородка имеет дополнительное отверстие, в котором установлен перепускной жиклер. На фигуре представлена схема устройства, содержащего составной корпус из детали 1 и детали 2, содержащей опорную поверхность 3, причем детали 1 и 2 соединены между собой по резьбовому сопряжению 4, серединную перегородку 5, крышку 6, ударник 7,мембранный пластинчатый пьезоэлемент 8, упругий подвес 9, якорь дифференциального индуктивного датчика 10, индуктивный датчик перемещения 11, кнопку-поршень 12 с уплотнителем 13, возвратную пружину 14, перепускной жиклер 15 и схему обработки сигнала 16, пневмокамеру 17, состоящую из 2, 5, 6, 8, 9, испытуемый образец 18. Устройство работает следующим образом. Перед измерением устройство устанавливается опорной поверхностью 3 на испытуемый образец 18. Положение мембранного пьезоэлемента 8 отрегулировано взаимным вращением деталей 1 и 2 таким образом, чтобы в 2 993 исходном положении ударник 7 не касался поверхности испытуемого образца. Герметичное соединение частей корпуса 2, 5, 6, упругого подвеса 9 и мембранного пластинчатого пьезоэлемента 8 образует цилиндрическую пневмокамеру, давление в которой регулируется кнопкой-поршнем 12 с возвратной пружиной 14. Уплотнитель 13 кнопки-поршня 12 выполнен конусным и таким образом выполняет функции впускного клапана для воздуха на обратном ходе кнопки-поршня 12 под действием возвратной пружины 14. При нажатии на кнопку-поршень 12 давление в пневмокамере 17 повышается и мембранный пьезоэлемент 8 с ударником 7 перемещается по направлению к испытуемому образцу 18 за счет деформации упругого подвеса 9, вводя ударник 7 в контакт с поверхностью исследуемого образца 18. При этом перемещается также якорь индуктивного датчика 10, установленный в центре мембранного пластинчатого пьезоэлемента 8 оппозитно ударнику 7. Сигнал индуктивного датчика 11 регистрируется непрерывно и вхождение индентора 7 в контакт с поверхностью испытуемого образца 18 отражается на характере изменения сигнала дифференциального индуктивного датчика 11 во времени, регистрируется также сигнал с обкладок мембранного пластинчатого пьезоэлемента 8. Если оба сигнала одновременно соответствуют вхождению ударника 7 в контакт с образцом 18, то этот момент времени считается моментом регистрации начала контакта индентора 7 с испытуемым образцом 18 и используется для запуска импульсного привода перемещения ударника. Таким образом, устройство защищено от ложных срабатываний импульсного привода. Запуск импульсного привода перемещения индентора осуществляется подачей напряжения на обкладки мембранного пьезоэлемента 8. При этом возникает возможность подачи управляющих сигналов различной формы и амплитуды, одиночных или множественных импульсов или колебаний, что расширяет возможности выбора режимов индентирования при контроле защитных покрытий различной толщины с различными механическими характеристиками. Сигнал в дифференциальном индуктивном датчике перемещения 11, снятый во время импульсного контактного взаимодействия индентора с исследуемой структурой, после обработки по заданным алгоритмам несет информацию о твердости, упругих, вязких свойствах испытуемого объекта. Применение мембранного пьезоэлемента 8 на упругом подвесе 9 позволяет производить индентирование при произвольной ориентации прибора относительно направления действия силы тяжести. При этом использование пневматического привода подвода ударника 7 с запуском импульсного привода перемещения по изменению сигнала индуктивного датчика 11 и мембранного пластинчатого пьезоэлемента 8 позволяет создать в замкнутой системе образец 18 ударник 7 - мембранный пьезоэлемент 8 - упругий подвес 9 постоянное начальное усилие в момент запуска привода ударного нагружения, что повышает точность получаемых данных. Изменение диаметра отверстия перепускного жиклера 15, расположенного в серединной перегородке 5, позволяет регулировать плавность перемещения ударника 7 при нажатии на кнопку-поршень 12. Перемещения индентора сопровождаются только явлениями внутреннего трения в отсутствие влияния люфтов, биений и мертвого хода, что значительно повышает точность измерений и надежность системы. Таким образом, устройство позволяет повысить точность измерения физико-механических характеристик и расширение номенклатуры испытуемых изделий вследствие управления параметрами ударного нагружения, применения надежной синхронизации запуска привода ударного нагружения в момент начала контакта ударника с образцом при обеспечении постоянства начальной статической нагрузки на индентор, а также за счет применения дифференциального индуктивного датчика для преобразования перемещения индентора в сигнал измерительной информации. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3