專利名稱：硬度計的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種材料硬度測試的儀器，尤其涉及一種可將電子線圈整體纏繞于一根導管上并與導管同軸，從而使沖擊體和電子線圈間的距離最小化以得到更加精確的測試結果的硬度計。
背景技術：
硬度測試對機械工程師來說是非常重要的。一個精確的測試結果將有效地幫助機械工程師在各種環(huán)境中選擇最合適的材料和最佳的工程設計。
習慣上，我們將現(xiàn)有的各種硬度儀籠統(tǒng)地分為便攜式和臺式。有一種特殊的便攜硬度儀由測試體在工件表面得到一個里氏硬度值來確定工件硬度。具體過程為硬度計驅(qū)動一種含有磁性材料的測試體以一定的速度沖擊測試工件表面，當測試體從工件表面回彈的時候，沖擊速度和回彈速度被記錄下來，并通過一個特定的科學公式進行分析，然而里氏硬度值帶來了一些工程上的偏差。
這種傳統(tǒng)的硬度計，如圖1所示，通常包括一根底端有一個測試孔11P的支撐管10P；一個可在支撐管10P內(nèi)滑動的測試體20P；一個安在支撐管10P內(nèi)的傳動裝置，可驅(qū)動測試體20P沖擊工件表面以產(chǎn)生沖擊速度和回彈速度；一個硬度傳感器40P，包括一個線圈組41P和一個數(shù)據(jù)處理器。線圈組41P通常安在支撐管外部靠近測試孔11P的位置，當磁場在線圈41P中變化時就產(chǎn)生了電流。數(shù)據(jù)處理器通過電流與線圈組相連，當測試體20P的磁性材料在線圈中運動時，線圈41P產(chǎn)生同沖擊速度和回彈速度成正比的電信號。一旦確定了沖擊速度和回彈速度，工件表面的硬度也就可以確定。例如，根據(jù)下列等式，里氏硬度值為HL＝(回彈速度/沖擊速度)×1000這種傳統(tǒng)的里氏硬度計最主要的缺點在于這種硬度測試的實質(zhì)是依靠傳動裝置驅(qū)動測試體20P產(chǎn)生沖擊速度和回彈速度。因此，測試體20P沖擊工件表面的方式對沖擊速度和回彈速度有至關重要的影響。例如，測試體的沖擊角度直接影響了測試體在支撐管內(nèi)部滑動的距離，從而影響了相關速度(沖擊速度和回彈速度)的測量精確度。還有，我們認為測試體和線圈組的距離越大，相關速度的測量誤差也就越大。因為根據(jù)簡單的電學理論，測試體和線圈組的距離越小，線圈中產(chǎn)生的電信號就越強，測量的精確度就越高。
我們認為上面所提到的傳統(tǒng)的硬度計，在線圈組和沖擊體間通常都有一個相當大的距離，這個距離被認為是造成傳統(tǒng)的硬度測量方法測量誤差相當大的原因。這個距離的存在是由于傳統(tǒng)的線圈組通常包括一個裝于支撐管上的支架，線圈411P被纏繞在這個支架43P上。因此，由于這個支架43P的物理尺寸，線圈411P和測試體20P間的距離是不可避免的。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種能提高工件表面硬度測試結果準確性并適用于多種材料、各種環(huán)境下的工件表面硬度檢測的里氏硬度計。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取以下設計方案一種硬度計，包括一細長導管，底端有一個用于與工件表面發(fā)生接觸的沖擊孔；在導管的環(huán)形表面靠近沖擊孔的位置套有一個線圈座；一可在導管中滑動的測試體；一用于給測試體作用力以使其在導管內(nèi)滑動并以一定的沖擊速度沖擊工件表面后再以一定的回彈速度回彈的沖擊傳動裝置，其位于導管上部；一傳感器，包括一繞于線圈座上并與線圈座同軸的電子線圈；一個用于根據(jù)測試體的沖擊速度和回彈速度測出工件表面硬度的硬度轉(zhuǎn)換器，與線圈電連接。
所述的線圈座由與導管一體并與其同軸的兩個隔離環(huán)相間構成，兩環(huán)之間形成了一個線圈座，電子線圈纏繞于兩環(huán)之間的線圈座上且與線圈座同軸。
所述的測試體包括由磁性材料制成的磁體和位于磁體底端的沖擊頭；還可包括一個向上的可被沖擊傳動裝置的傳動套抓起或松開的尾鉤。
所述的沖擊傳動裝置包括一個傳動套和一個直接作用于傳動套的手動釋放控制器，還包括一個安在導管內(nèi)且位于頂端的可給測試體一個彈性加載力的彈性裝置。
本實用新型還可包括有一個與硬度轉(zhuǎn)換器一體的角度感應器。
在導管的沖擊孔頭端處配有一用于與工件表面進行校準的基準頭。
本實用新型的優(yōu)點是1、測試結果準確性高由于有一個完全纏繞于導管上并與導管同軸的線圈，從而使測試體和線圈間的距離最小化以可達到更精確的測試結果。
2、對各種環(huán)境的可適用性強它有一個角度感應器，可探測硬度計的工作角度，根據(jù)硬度計的傾斜角度來校準表面硬度；3、由于它沒有用于纏繞電子線圈的支架，因此導管的體積可更小，更適合于狹窄空間的使用。
4、構造簡單，使用方便。


圖1為傳統(tǒng)的硬度計結構示意圖圖2為本實用新型硬度計的結構示意圖圖3為本實用新型硬度計的分解結構示意圖圖4A、圖4B為加載管分別在加載狀態(tài)和釋放狀態(tài)的結構示意圖圖5為測試體在線圈中產(chǎn)生瞬間電流，瞬間電流被硬度轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的圖解圖6為本實用新型角度感應器的示意圖圖6A為本實用新型角度感應器的剖面圖圖6B為本實用新型角度感應器的外觀圖具體實施方式
如圖2、圖3和圖5所示，本實用新型硬度計包括一根硬度測試管，硬度測試管具體包括了一根細長的導管10，一個可在導管內(nèi)滑動的測試體20，一個沖擊傳動裝置30和一個感應器40。
細長導管10包括了底部的一個可與工件表面接觸的沖擊孔11和一個在沖擊孔11附近且位于導管10并且與導管一體的線圈座12。
沖擊傳動裝置30安于導管10上部，它給測試體20一個作用力使其能在導管10內(nèi)滑動并以一定的速度沖擊工件表面70然后回彈。沖擊和回彈的速度差取決于工件表面70的硬度和沖擊過程中能量的損失。
傳感器40包括了一個電子線圈41和一個硬度轉(zhuǎn)換器42。電子線圈41完全纏繞于線圈座12上并與其同軸，以減小測試體穿過線圈座12時，電子線圈41與測試體20間的距離D。當測試體20穿過線圈座12時，線圈41通過與測試體20發(fā)生電磁感應，測得測試體的沖擊速度和回彈速度。
另一方面，硬度轉(zhuǎn)換器42通過電流與電子線圈41相連，根據(jù)沖擊速度和回彈速度得出工件表面70的硬度。硬度轉(zhuǎn)換器42被裝在沖擊傳動裝置30的頂端以節(jié)省導管10內(nèi)空間。
換句話說也就是電子線圈41纏繞于線圈座12上，而線圈座12與導管10一體，與硬度轉(zhuǎn)換器42電連接。
為了保護線圈座12，硬度計有一根套管14，將導管10和沖擊傳動裝置30裝在了一根套管14中。因為硬度轉(zhuǎn)換器42與沖擊傳動裝置30通過電流相連，而線圈座12是在導管10外面，所以導管10和套管14的底部(即套住線圈座12的部分)可以被設計成較小的體積，使使用者可在狹小空間內(nèi)放置套管14底部實現(xiàn)硬度測試。
如圖2和圖3所示，導管10表面具兩個隔離環(huán)13，與導管10同軸，兩個隔離環(huán)13之間形成了一個線圈座12，電子線圈41纏在線圈座12上并與導管10同軸。當測試體20穿過線圈座12時，線圈41中分別產(chǎn)生對應于沖擊速度和回彈速度的瞬間電流。
其中一個隔離環(huán)13上有兩個不相連的橫向?qū)Р?，線圈41的兩端通過導槽與硬度轉(zhuǎn)換器42相連，也就是線圈41被固定在了導管10的環(huán)狀表面上，通過電流與硬度轉(zhuǎn)換器42相連。
有必要指出的是，電子線圈41纏繞在線圈座12上，并與其同軸，當測試體20穿過線圈座12時，測試體20能夠在線圈41內(nèi)部產(chǎn)生相應的感應電動勢，從而在線圈41中產(chǎn)生與測試體20運動速度相應的瞬間電流。
還有必要指出的是，因為電子線圈41纏繞在線圈座12上，套在導管10外部，距離D達到最小化，因此測試體20的沖擊速度和回彈速度的測量誤差最小。另外，測試體20的直徑小于導管10直徑，因此測試體20可毫無阻滯地沿著導管10軸向滑動去沖擊工件表面，提高了沖擊速度和回彈速度。
測試體20包括了一個磁體21和一個位于磁體21底部沖擊工件表面的沖擊頭22。磁體21由適當?shù)拇判圆牧现瞥桑缙胀ù盆F。因此當它穿過線圈座12時，會與線圈41發(fā)生電磁感應，產(chǎn)生與測試體20速度相應的瞬間電流，電流被傳輸?shù)接捕绒D(zhuǎn)換器42用于測量測試體20的速度和相對應的工件表面70的硬度。
另一方面，沖擊頭22由金剛石或碳化鎢制成，有一定的硬度去沖擊工件表面70。沖擊頭22最好被做成球形，使其與工件表面70只有一個接觸點，以減少沖擊中的能量損失并使沖擊力集中在球頭22上。
另外，測試體20還包括一個尾鉤23位于測試體20的上部，可被沖擊傳動裝置30抓起和釋放，以驅(qū)動測試體20沖擊工件表面70。
如圖3、圖4A和圖4B所示，沖擊傳動裝置30包括一個由導管10支持的傳動套31，用來抓起和釋放測試體20的尾鉤23。還包括一個手動釋放控制器32，作用于傳動套31使其可松開尾鉤23，釋放測試體20使其沖擊工件表面70。
此外，傳動套31包括了一個套在導管10外部的支撐管311和一個導管10內(nèi)可在加載位置和釋放位置間移動的加載體312。加載時，加載體312順著支撐管311下滑抓起測試體20尾鉤23；釋放時，加載體312順著支撐管311上移，將測試體20吊起，通過手動釋放控制器32釋放測試體20以一定的沖擊速度沖擊工件表面70。
加載體312至少應有兩個夾片3121伸向測試體20，而本加載體312從底部伸出三個可活動的夾片3121，每個夾片3121有一個輕微向內(nèi)彎曲的可活動底端形成了一個抓鉤3122，可抓起測試體20的尾鉤23。
測試體尾鉤23的頂端有一個表面傾斜的突起231從而形成了一個抓肩232，當加載體312在導管10內(nèi)從釋放位置向加載位置滑動時，三個夾片3121被頂端突起231擠開，直到抓鉤3122抓住抓肩232，測試體20被加載到傳動活塞31上。
本實用新型硬度計的傳動套31還包括了一個位于支撐管311上部的彈簧313給加載體312一個向上的作用力讓它保持在釋放的位置。換言之，一旦加載體312受壓，抓鉤3122抓住尾鉤23的抓肩232，彈簧313推動加載體312吊起測試體20，使之準備沖擊工件表面70。
手動釋放控制器32包括一個位于導管10頂端的按鈕321和一個通過傳動端與按鈕321相連的推銷322，以及一個推動端3221順著加載體312與三個夾片3121相接觸。按下按鈕321時，推動推銷322壓下推動端3221向外推開三個夾片3121，抓鉤3122松開尾鉤23的抓肩232。于是，測試體20順著導管10滑動沖擊工件表面70。
為了控制測試體20的沖擊速度，沖擊傳動裝置30還要包括一個位于導管311頂端的彈性裝置314，給測試體20一個除重力以外的向下的作用力。當釋放按鈕321使三個抓鉤3122松開抓肩232時，測試體20以沖擊速度穿過導管10的沖擊孔11沖擊工件表面70。
彈性裝置314就是一根安在導管10內(nèi)的壓縮彈簧，給測試體20一個彈力作為向下的作用力。當彈性裝置314加載彈力的時候，加載體312在導管內(nèi)抓住測試體20，而當釋放測試體20的時候，測試體20與加載體312分離，在彈力的作用下以一定的沖擊速度被推向沖擊孔11。也就是，當加載體312被推向沖擊孔11時，抓鉤3122抓住測試體20，彈性裝置314就被壓縮，使測試體20向背離沖擊孔11的方向被提起。
如圖2、圖3和圖5所示，電子線圈41由固定在線圈座12上順著導管10的環(huán)行表面纏繞的普通導線組成，它與硬度轉(zhuǎn)換器42電連接。當沖擊傳動裝置30釋放測試體20穿過線圈座12時，磁場在線圈41中產(chǎn)生一個瞬間電壓，電壓的強度與測試體20的速度相對應。接著，電流被傳輸?shù)接捕绒D(zhuǎn)換器42，根據(jù)電壓強度計算出測試體20相應的沖擊速度。
只要測試體20撞擊了工件表面70，它便會以一定的速度回彈?；貜椀乃俣扔晒ぜ砻?0的硬度決定。當測試體20以回彈速度再次穿過線圈座12的時候，測試體20引起的磁場將在線圈41中產(chǎn)生一個瞬間電壓，電壓強度與測試體20的回彈速度相對應。產(chǎn)生的電壓被傳輸?shù)接捕绒D(zhuǎn)換器42，根據(jù)電壓強度計算出測試體相應的回彈速度。
本儀器中，硬度轉(zhuǎn)換器42根據(jù)以下等式將沖擊速度和回彈速度換算成里氏硬度值里氏硬度值＝(回彈速度/沖擊速度)×1000如圖2、圖3和圖6所示，為了提高本實用新型的精度，擴大它的適用范圍，本硬度計還包括了一個與硬度轉(zhuǎn)換器42一體的電子角度感應器50，用來測量本實用新型的操作角度，根據(jù)硬度計的任何傾斜對測出的工件表面硬度作適當?shù)恼{(diào)整。
圖6為角度感應器的示意圖。圖6A為剖面圖，圖6B為外觀圖。
角度感應器50包括了一個薄壁球體51及在球體空腔內(nèi)的金屬球狀的角度指示器52。球體51的外壁分布有多個獨立的電極511，這些電極511為正極并加正電壓。金屬球52為負極并加負電壓。薄壁球體51由絕緣材料制成。在電壓作用下，其中一電極511會與金屬球52形成電容Cx。無論在任何位置，球體空腔內(nèi)的金屬球52都與球體51的外壁其中的一個電極511有最近距離并且形成最大電容Ca。用掃描電路對這些電極511掃描并且測定其中最大電容Ca，就可知球體51與水平面傾斜角度。換句話說，當導管10與工件表面不垂直的時候，金屬球52，在球體51空腔內(nèi)滾動，與其中的一個電極511a有最近距離并且形成最大電容Ca，并產(chǎn)生感應信號顯示硬度計的操作角度。接著感應信號被傳輸?shù)接捕绒D(zhuǎn)換器42用來調(diào)節(jié)表面硬度的計算，根據(jù)工件表面70硬度和操作角度得到一個精確的結果。
如圖2和圖3所示，為了確保每次操作過程基本一致，在硬度計導管10底端的沖擊孔11處，有了一個基準頭60，當測量工件表面硬度的時候，通過基準平面61與工件表面70校準。
通過以上描述可以看到，之前提出的目的基本都已實現(xiàn)。本實用新型提供了一種硬度計使測試體20和電子線圈41之間的距離最小化，使工件表面硬度的測試結果更加精確。
另外，本實用新型還裝了一個角度感應器50，可根據(jù)操作的角度，比如硬度計的傾斜角度，對結果進行調(diào)整。操作角度對測試體的沖擊速度和回彈速度是有影響的，因此，根據(jù)操作角度做出調(diào)整能夠得到更精確的硬度值。
綜上所述，由于電子線圈41完全被纏于導管10上，內(nèi)部結構與外套管14的總尺寸與傳統(tǒng)的硬度計相比都達到了最小化。值得提的是，本實用新型可以與打印機連接，直接打印出測試結果。
權利要求1.一種硬度計，其特征在于包括一細長導管，底端有一個用于與工件表面發(fā)生接觸的沖擊孔；在導管的環(huán)形表面靠近沖擊孔的位置套有一個線圈座；一可在導管中滑動的測試體；一用于給測試體作用力以使其在導管內(nèi)滑動并以一定的沖擊速度沖擊工件表面后再以一定的回彈速度回彈的沖擊傳動裝置，其位于導管上部；一傳感器，包括一繞于線圈座上并與線圈座同軸的電子線圈；一個用于根據(jù)測試體的沖擊速度和回彈速度測出工件表面硬度的硬度轉(zhuǎn)換器，與線圈電連接。
2.如權利要求1所述的硬度計，其特征在于所述的線圈座由與導管一體并與其同軸的兩個隔離環(huán)相間構成，兩環(huán)之間形成了一個線圈座，電子線圈纏繞于兩環(huán)之間的線圈座上且與線圈座同軸。
3.根據(jù)權利要求2所述的硬度計，其特征在于其中一個隔離環(huán)上有兩個不相連的橫向?qū)Р?，電子線圈的兩端穿過導槽與硬度轉(zhuǎn)換器連接。
4.根據(jù)權利要求1所述的硬度計，其特征在于所述的測試體包括一由磁性材料制成的磁體和一沖擊頭，沖擊頭位于磁體的底端。
5.根據(jù)權利要求4所述的硬度計，其特征在于所述的測試體還包括一個向上的可被沖擊傳動裝置的傳動套抓起或松開的尾鉤，尾鉤頂端突起形成有一個抓肩。
6.根據(jù)權力要求4所述的硬度計，其特征在于所述的沖擊頭由金剛石或碳化鎢制成，被做成球形以使其與工件表面只有一個接觸點。
7.根據(jù)權利要求1所述的硬度計，其特征在于所述的沖擊傳動裝置包括一個傳動套和一個直接作用于傳動套的手動釋放控制器，所述的傳動套由一套在導管外部的支撐管、一導管內(nèi)可在加載位置和釋放位置間移動的加載體組合構成。
8.根據(jù)權利要求7所述的硬度計，其特征在于所述的沖擊傳動裝置還包括一個安在導管內(nèi)且位于頂端的可給測試體一個彈性加載力的彈性裝置。
9.根據(jù)權利要求8所述的硬度計，其特征在于所述的彈性裝置為壓縮彈簧。
10.根據(jù)權利要求7所述的硬度計，其特征在于所述的加載體至少有兩個夾片伸向測試體，每個夾片的可活動端都有一個抓鉤。
11.根據(jù)權利要求7所述的硬度計，其特征在于所述的手動釋放控制器包括一位于導管頂部的按鈕、一通過傳動端與按鈕相連的推銷以及一與加載體相連的推動端。
12.根據(jù)權利要求1所述的硬度計，其特征在于還包括有一個與硬度轉(zhuǎn)換器一體的角度感應器，角度感應器包括一絕緣球形內(nèi)腔及在絕緣內(nèi)腔內(nèi)滾動的角度指示器，它的外部有一個以上獨立的電極。
13.根據(jù)權利要求1所述的硬度計，其特征在于在導管的沖擊孔頭端處配有一用于與工件表面進行校準的基準頭。
專利摘要本實用新型公開了一種硬度計，其包括一細長導管，底端有一個用于與工件表面發(fā)生接觸的沖擊孔；在導管的環(huán)形表面靠近沖擊孔的位置套有一個線圈座；一可在導管中滑動的測試體；一用于給測試體作用力以使其在導管內(nèi)滑動并以一定的沖擊速度沖擊工件表面后再以一定的回彈速度回彈的沖擊傳動裝置，其位于導管上部；一傳感器，包括一繞于線圈座上并與線圈座同軸的電子線圈；一個用于根據(jù)測試體的沖擊速度和回彈速度測出工件表面硬度的硬度轉(zhuǎn)換器，與線圈電連接。還可包括有一個與硬度轉(zhuǎn)換器一體的角度感應器；在導管的沖擊孔頭端處配有一用于與工件表面進行校準的基準頭。
文檔編號G01N3/30GK2837826SQ200520132568
公開日2006年11月15日 申請日期2005年11月10日 優(yōu)先權日2004年12月16日
發(fā)明者吳紹明 申請人:吳紹明