EA016899B1 - Device for determining hardness - Google Patents
Device for determining hardness Download PDFInfo
- Publication number
- EA016899B1 EA016899B1 EA200901361A EA200901361A EA016899B1 EA 016899 B1 EA016899 B1 EA 016899B1 EA 200901361 A EA200901361 A EA 200901361A EA 200901361 A EA200901361 A EA 200901361A EA 016899 B1 EA016899 B1 EA 016899B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- measuring
- rod
- console
- indenter
- inductive transducer
- Prior art date
Links
Landscapes
- Dental Tools And Instruments Or Auxiliary Dental Instruments (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к исследованиям механических свойств материалов и, в частности, может быть использовано для определения твердости эластичных оттискных материалов, применяемых в стоматологии при изготовлении зубных протезов.The invention relates to studies of the mechanical properties of materials and, in particular, can be used to determine the hardness of elastic impression materials used in dentistry in the manufacture of dentures.
Известен микротвердомер, содержащий основание с предметным столиком, стойку, установленную на стойке траверсу, первую направляющую в форме стакана с осевым отверстием под индентор, механизм нагружения с датчиком силы, выполненную в виде опоры вторую направляющую, установленный в корпусе опоры магнитоуправляемый датчик перемещений индентора, каретку со сменными грузами, узел привода нагружения и регулировочный микровинт, при этом стакан жестко закреплен на траверсе, а каретка со сменными грузами и механизм нагружения соосно размещены в полости опоры с возможностью вертикального перемещения относительно нее (см. описание изобретения к патенту РФ № 2231041).Known microhardness meter containing a base with a stage, a stand mounted on a crossarm, a first guide in the form of a glass with an axial hole for an indenter, a loading mechanism with a force sensor, a second guide made in the form of a support, a magnetically controlled indenter displacement sensor installed in the support body, a carriage with interchangeable weights, the load drive assembly and the adjusting microscrew, while the cup is rigidly fixed to the traverse, and the carriage with interchangeable weights and the loading mechanism are coaxially placed cavities with the possibility of vertical movement relative to the support (see p. DESCRIPTION № to RF patent 2231041).
Недостатком описанного известного микротвердомера является недостаточная точность измерения, так как она определяется записью диаграммы вдавливания индентора, а диаграмма, как известно, строится на основе сигнала преобразователя перемещения индентора под нагрузкой и сигнала преобразователя нагрузки на индентор в электрический сигнал. Однако любая диаграмма всегда ограничена размерным диапазоном. Точность отсчета на диаграмме в линейных размерах находится в пределах ±0,5 мм, т.е. даже при вертикальном перемещении пишущего датчика на 200 мм будет всего 200 единиц информации (точек отсчета), так что за счет этого улучшение точности измерений окажется незначительным, поскольку любой цифровой вольтметр способен по меньшей мере в 10 раз уменьшить данную погрешность измерений, поскольку может регистрировать сигнал преобразователя величиной 2000 мВ с шаговой дискретой между измерительными точками в 1 мВ, что позволяет получить 2000, а не 200 точек отсчета при вдавливании индентора. К тому же понижение точности измерения усугубляется тем, что измерительное устройство характеризуется наличием сложных механических узлов, образующих измерительную цепь, например арретирующие звенья, требующие определенного силового воздействия. А чем больше элементов содержится в любой системе преобразования, тем больше вероятность возникновения погрешности.A disadvantage of the described known microhardness meter is the lack of measurement accuracy, since it is determined by writing the indenter indentation diagram, and the diagram, as is known, is based on the signal of the indenter displacement transducer under load and the signal of the inverter load transducer into an electric signal. However, any chart is always limited by the size range. The reading accuracy in the diagram in linear dimensions is within ± 0.5 mm, i.e. even with a vertical movement of the writing sensor by 200 mm, there will be only 200 units of information (reference points), so that due to this the improvement in the measurement accuracy will be insignificant, since any digital voltmeter can reduce this measurement error by at least 10 times, since it can record a signal a transducer of 2000 mV with a step discrete between the measuring points of 1 mV, which allows you to get 2000, and not 200 reference points when the indenter is pressed. In addition, the decrease in measurement accuracy is compounded by the fact that the measuring device is characterized by the presence of complex mechanical components that form the measuring chain, for example, arresting links that require a certain force. And the more elements are contained in any conversion system, the greater the likelihood of an error.
В описании патента РФ на полезную модель № 37218 приводится портативный комбинированный твердомер, который содержит ультразвуковой датчик, состоящий из стержневого акустического резонатора с индентором на одном конце, нагрузочной пружины на другом, закрепленных на резонаторе пьезопреобразователей и генератора. Кроме того, имеется также цифровой электронный блок обработки и регистрации и охваченный катушкой индуктивности динамический датчик, оснащенный метаемым пружиной бойком и встроенным магнитом. При этом в электронный блок обработки и регистрации включены устройство выборки-хранения и аналого-цифровой преобразователь, подключенный к входу микроконтроллера.In the description of the patent of the Russian Federation for utility model No. 37218, a portable combined hardness tester is provided that contains an ultrasonic sensor consisting of a rod acoustic resonator with an indenter at one end, a load spring at the other, piezoelectric transducers mounted on the resonator, and a generator. In addition, there is also a digital electronic processing and recording unit and a dynamic sensor covered by an inductor, equipped with a spring-driven striking spring and an integrated magnet. At the same time, the sampling-storage device and an analog-to-digital converter connected to the input of the microcontroller are included in the electronic processing and registration unit.
В данном устройстве контроль твердости осуществляется путем преобразования электрического сигнала, характеризующего скорость отскока бойка от контролируемой поверхности. Динамический метод обеспечивает достаточную точность в основном при контроле твердых упругих материалов, а не эластичных, поэтому он принципиально непригоден для измерения твердости эластичных оттискных материалов, несмотря на использование дополнительных блоков выборки-хранения и аналого-цифровых преобразователей.In this device, the control of hardness is carried out by converting an electrical signal characterizing the speed of the rebound of the striker from the controlled surface. The dynamic method provides sufficient accuracy mainly when testing hard elastic materials, rather than elastic ones, therefore it is fundamentally unsuitable for measuring the hardness of elastic impression materials, despite the use of additional sampling-storage units and analog-to-digital converters.
Известен также способ определения начальной пластической деформации при вдавливании индентора, основанный на контроле возникновения пластической деформации в зоне отпечатка путем осуществления разгрузки индентора, намагничивания металла при вдавливании индентора и контроля пластической деформации посредством измерения локальной намагниченности металла в зоне отпечатка (см. описание изобретения к патенту РФ № 2122719). Описанный метод пригоден только для контроля металлов и только обладающих ферромагнитными свойствами, поскольку требует намагничивание зоны, где происходит вдавливание индентора, поэтому не может быть использован для определения твердости эластичных оттискных материалов, у которых указанные физические свойства отсутствуют.There is also a method for determining the initial plastic deformation when an indenter is pressed, based on controlling the occurrence of plastic deformation in the indentation zone by unloading the indenter, magnetizing the metal during indenter indentation, and controlling plastic deformation by measuring the local magnetization of the metal in the imprint zone (see the description of the invention to the RF patent No. 2122719). The described method is suitable only for controlling metals and only having ferromagnetic properties, since it requires magnetization of the zone where the indenter is pressed in, therefore it cannot be used to determine the hardness of elastic impression materials in which these physical properties are absent.
В описании изобретения к патенту РФ № 2143106 приводится способ определения механических характеристик материалов, заключающийся в том, что вдавливают индентор в поверхность испытуемого материала и измеряют глубину его проникновения. При достижении заданной глубины внедрения горизонтально перемещают индентор, при этом непрерывно регистрируют усилие перемещения и глубину образующейся царапины. Перемещение прекращают, когда данное усилие достигает максимального значения. По величине этого усилия и длине царапины определяют механические свойства материала.In the description of the invention to the patent of the Russian Federation No. 2143106, a method is described for determining the mechanical characteristics of materials, which consists in pressing an indenter into the surface of the test material and measuring its penetration depth. Upon reaching a predetermined penetration depth, the indenter is horizontally moved, while the movement force and the depth of the resulting scratch are continuously recorded. The movement is stopped when this force reaches its maximum value. The magnitude of this force and the length of the scratches determine the mechanical properties of the material.
Осуществление данного способа в отношении эластичные материалов неприемлемо, поскольку эластичный материал под индентором будет испытывать не царапание, а смятие.The implementation of this method in relation to elastic materials is unacceptable, since the elastic material under the indenter will not experience scratching, but crushing.
Из описания изобретения к авторскому свидетельству СССР № 1793294 известен также прибор для испытания материалов на микротвердость, содержащий электромагнит с якорем, датчик перемещения, индентор, плоские упругие пружины, траверсу и блок управления. При этом якорь электромагнита выполнен в виде постоянного магнита, размещенного внутри и снаружи катушки электромагнита, а датчик перемещения выполнен в виде дифференциально соединенных катушек индуктивности с якорем, подключенных к катушке электромагнита и устройству регистрации посредством блока управления. КатушFrom the description of the invention to the USSR author's certificate No. 1793294 there is also known a device for testing materials for microhardness, containing an electromagnet with an armature, a displacement sensor, an indenter, flat elastic springs, a crosshead and a control unit. The anchor of the electromagnet is made in the form of a permanent magnet located inside and outside the electromagnet coil, and the displacement sensor is made in the form of differentially connected inductors with an armature connected to the electromagnet coil and the registration device through the control unit. Reel
- 1 016899 ка электромагнита подключена к устройству регистрации и программному блоку посредством блока управления и соединена с якорем датчика перемещения и индентором посредством штока, а якорь электромагнита и корпус катушек индуктивности датчика перемещения соединены с траверсой.- 1 016899 an electromagnet is connected to the registration device and the program unit by means of a control unit and is connected to the armature of the displacement sensor and the indenter by means of a rod, and the armature of the electromagnet and the housing of the inductance coils of the displacement sensor are connected to the traverse.
Указанный прибор не может быть применен для контроля физических свойств эластичных материалов, потому что в нем создается незначительное измерительное перемещение индентора, которое допускают плоско-параллельные пружины, образующие параллелограммный механизм. При этом в данном приборе изначально заложена погрешность, так как в нем нарушен принцип Аббе из-за того, что индуктивный преобразователь находится не на оси приложения нагрузки. Кроме того, электромагнитное нагружающее устройство электродинамического типа пригодно в основном для создания малых нагрузок, которые нужны только при измерении микротвердости.The specified device cannot be used to control the physical properties of elastic materials, because it creates an insignificant measuring movement of the indenter, which is allowed by plane-parallel springs forming a parallelogram mechanism. At the same time, the error was originally incorporated in this device, since the Abbe principle was violated in it due to the fact that the inductive converter is not on the axis of the load application. In addition, the electromagnetic loading device of the electrodynamic type is mainly suitable for creating small loads, which are needed only when measuring microhardness.
В описании полезной модели к патенту Республики Беларусь № 4039 приводится автоколебательное устройство для определения твердости материалов, предназначенное для экспресс-анализа свойств полимерных и металлических материалов.In the description of the utility model for the patent of the Republic of Belarus No. 4039, a self-oscillating device for determining the hardness of materials is provided for express analysis of the properties of polymeric and metallic materials.
Устройство содержит корпус, индентор с вмонтированным в нем постоянным магнитом, блоки управления, измерения и обратной связи, основную и дополнительную катушку индуктивности, а также соленоид, охватывающий индентор с возможностью его перемещения в нем, который соединен с измерительным и управляющим блоками.The device comprises a housing, an indenter with a permanent magnet mounted in it, control, measurement and feedback units, a primary and secondary inductor, as well as a solenoid covering the indenter with the possibility of its movement in it, which is connected to the measuring and control units.
Недостаток вышеупомянутого известного технического решения заключается в том, что информационный электрический сигнал при отскоке индентора от эластичных материалов будет незначителен и на скорость отскока от таких материалов не повлияет согласованный импульс ускорения индентора, создаваемый магнитным полем дополнительной катушки, в результате чего не обеспечивается достаточная точность измерения твердости эластичных материалов.The disadvantage of the aforementioned known technical solution is that the information electric signal during the rebound of the indenter from the elastic materials will be negligible and the rebound speed from such materials will not be affected by the matched acceleration pulse of the indenter created by the magnetic field of the auxiliary coil, as a result of which the accuracy of hardness measurement is not sufficient elastic materials.
Известно также устройство определения твердости, содержащее корпус, размещенные в нем узел нагружения, шток, двухсторонний индентор, установленный между индентором и штоком эталонный стержень, втулку с пазом для эталонного стержня, подпружиненную в осевом направлении, две соосно установленные пары катушек, одна из которых жестко закреплена в корпусе, а другая размещена во втулке, две пластины, жестко закрепленные на инденторе и охватывающие его, каждая из которых установлена с возможностью взаимодействия с соответствующей парой катушек, и блок регистрации, соединенный с катушками. При этом узел нагружения выполнен в виде электромагнитной катушки, которая охватывает шток и закреплена в корпусе (см. описание изобретения к патенту РФ № 1778619). К недостаткам данного устройства следует отнести низкую точность измерения за счет того, что в одном корпусе находятся мощный электромагнит и катушки измерительного индуктивного преобразователя. В силу их несовместимости избавиться от погрешности, обусловленной воздействием силового магнитного поля на катушки индуктивного преобразователя, невозможно. Более того, погрешность измерения усугубляется вследствие неизбежного различия геометрических параметров концов индентора.A device for determining hardness is also known, comprising a housing, a loading unit, a rod, a double-sided indenter installed between the indenter and the rod, a reference rod, a sleeve with a groove for the reference rod, axially spring-loaded, two coaxially mounted pairs of coils, one of which is rigidly fixed in the housing, and the other placed in the sleeve, two plates rigidly mounted on the indenter and covering it, each of which is installed with the possibility of interaction with the corresponding pair of coil And recording unit connected to the coils. In this case, the loading unit is made in the form of an electromagnetic coil, which covers the rod and is fixed in the housing (see the description of the invention to the RF patent No. 1778619). The disadvantages of this device include the low accuracy of the measurement due to the fact that in one case there is a powerful electromagnet and coils of the measuring inductive transducer. Due to their incompatibility, it is impossible to get rid of the error caused by the action of a magnetic force on the coils of an inductive converter. Moreover, the measurement error is compounded due to the inevitable difference in the geometric parameters of the ends of the indenter.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является прибор для определения твердости, приведенный в описании изобретения к патенту РФ № 1601558. Данный прибор содержит индентор, узел нагружения, шток, на верхнем конце которого закреплен узел нагружения, а на нижнем - индентор, а также связанную с индентором консоль и датчик глубины отпечатка, которым является индуктивный преобразователь, состоящий из якоря, выполненного в виде двух ферритовых колец. Ферритовые кольца закреплены на верхней и нижней плоскостях консоли соосно с предусмотренным в ней отверстием. Устройство содержит также корпус, состоящий из верхней и нижней неметаллических пластин, скрепленных между собой винтом, и две одинаковые катушки индуктивности, размещенные соответственно на неметаллических пластинах корпуса соосно винту. Кроме того, в приборе имеются опорная коническая втулка, закрепленная на нижней неметаллической пластине корпуса индуктивного преобразователя и опирающаяся на поверхность испытываемого объекта, возвратно-поджимная пружина, взаимодействующая с консолью и корпусом индуктивного преобразователя, а также измерительный блок, выполненный в виде двух ЬС-генераторов, индуктивностями которых являются катушки индуктивности индуктивного преобразователя, и соединенных последовательно балансного модулятора, входы которого соединены с выходами ЬС-генераторов, усилителя, компаратора, цифрового частотного детектора и измерительного индикатора.The closest in technical essence to the claimed device is a device for determining hardness, described in the description of the invention to the patent of the Russian Federation No. 1601558. This device contains an indenter, a loading unit, a rod, at the upper end of which a loading unit is fixed, and at the lower end - an indenter, and a console connected to the indenter and a fingerprint depth sensor, which is an inductive transducer consisting of an armature made in the form of two ferrite rings. Ferrite rings are fixed on the upper and lower planes of the console coaxially with the hole provided in it. The device also comprises a housing consisting of upper and lower non-metallic plates fastened together by a screw, and two identical inductors placed respectively on non-metallic plates of the housing coaxially with the screw. In addition, the device has a support conical sleeve mounted on the lower non-metal plate of the inductive transducer housing and resting on the surface of the test object, a reciprocating spring interacting with the console and the inductive transducer housing, as well as a measuring unit made in the form of two LS generators whose inductances are the inductors of the inductive converter, and connected in series to a balanced modulator, the inputs of which are connected to the outputs LC-oscillators, the amplifier, the comparator, a digital frequency detector and a measuring indicator.
Существенными недостатком данного известного технического решения является то, что изначально в самой конструкции прибора заложена неизбежная погрешность измерения в силу того, что перемещение индентора, формирующее измерительный сигнал, пропорциональный глубине внедрения, передается якорю индуктивного преобразователя посредством консоли. А это, в свою очередь, приводит к нарушению принципа Аббе, согласно которому вектор силы действия нагружающего устройства, ось перемещения индентора и ось перемещения якоря индуктивного преобразователя должны находиться на одной оси. Ухудшению точности измерения будет способствовать возможность захвата частоты одного ЬС-генератора другим при малых перемещениях индентора (автосинхронизация). Кроме того, имеет место значительная погрешность измерения, обусловленная нелинейностью индуктивного преобразователя вследствие больших магнитных потоков рассеяния от катушек и неидентичностью магнитных и геометрических параметров ферритовых колец. К недостаткам прототипа следует отнести также сложную элекA significant drawback of this known technical solution is that initially the inevitable measurement error is incorporated in the device design itself due to the fact that the movement of the indenter, forming a measuring signal proportional to the penetration depth, is transmitted to the armature of the inductive converter via the console. And this, in turn, leads to a violation of the Abbe principle, according to which the force vector of the loading device, the axis of movement of the indenter and the axis of movement of the armature of the inductive transducer must be on the same axis. Deterioration of measurement accuracy will be facilitated by the possibility of capturing the frequency of one LC generator by another at small indenter movements (auto-synchronization). In addition, there is a significant measurement error due to the nonlinearity of the inductive transducer due to large magnetic fluxes of scattering from the coils and the non-identical magnetic and geometric parameters of the ferrite rings. The disadvantages of the prototype should also include complex elek
- 2 016899 трическую схему измерительного блока.- 2 016899 tertiary circuit of the measuring unit.
Целью изобретения является повышение точности измерения и упрощение устройства.The aim of the invention is to improve the accuracy of measurement and simplification of the device.
Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения твердости, содержащее шток, на верхнем конце которого закреплено устройство нагружения, а на нижнем - индентор, индуктивный преобразователь, состоящий из ферромагнитной вставки и двух одинаковых катушек индуктивности, корпус индуктивного преобразователя, консоль, опорную втулку и измерительный блок, дополнительно снабжено основанием, вертикальной стойкой, жестко соединенной с основанием, предметным столиком с цилиндрическим хвостовиком, в котором предусмотрен шпоночный паз, гайкой и верхней и нижней шариковыми направляющими, а шток выполнен двухэлементным, причем консоль закреплена на стойке с возможностью ее вертикального перемещения, корпус индуктивного преобразователя закреплен на консоли и выполнен в виде составной двухэлементной втулки, внутри которой концентрично на верхней и нижней шариковых направляющих установлен шток, нижний конец опорной втулки жестко соединен с основанием, а ее верхняя часть снабжена наружной резьбой, на которой навинчена гайка, в стенке опорной втулки ниже наружной резьбы предусмотрено резьбовое отверстие под стопорный винт, который входит в шпоночный паз, предметный столик опирается на верхнюю торцевую поверхность гайки, при этом в корпусе индуктивного преобразователя между верхней и нижней шариковыми направляющими по одной оси последовательно размещены в предусмотренном для этого углублении две одинаковые катушки индуктивности, а в штоке, преимущественно на уровне середины осевой длины обеих катушек, посредством его составных элементов закреплена ферромагнитная вставка, выполненная в форме втулки. Кроме того, измерительный блок выполнен в виде мостовой схемы переменного тока, в разные измерительные плечи которой включены соответственно катушки индуктивности, а в диагонали - измерительный индикатор, шток и корпус индуктивного преобразователя выполнены из неферромагнитного материала, в качестве измерительного индикатора использован цифровой вольтметр, а оба составных элемента соответственно корпуса индуктивного преобразователя и штока соединяются между собой с помощью клея.This goal is achieved by the fact that the device for measuring hardness, containing a rod, on the upper end of which is attached a loading device, and on the lower end - an indenter, an inductive converter, consisting of a ferromagnetic insert and two identical inductors, an inductive converter housing, a console, a support sleeve and the measuring unit is additionally equipped with a base, a vertical stand rigidly connected to the base, a stage with a cylindrical shank, in which a keyway is provided the groove, the nut and the upper and lower ball guides, and the rod is made of two elements, the console mounted on the rack with the possibility of vertical movement, the inductive converter housing is mounted on the console and made in the form of a composite two-element sleeve inside which is mounted concentrically on the upper and lower ball guides the rod, the lower end of the support sleeve is rigidly connected to the base, and its upper part is provided with an external thread on which the nut is screwed, in the wall of the support sleeve below the external thread there would be a threaded hole for the locking screw that enters the keyway, the stage rests on the upper end surface of the nut, while in the inverter housing between the upper and lower ball guides along the same axis, two identical inductors are sequentially provided for this recess, and in the rod, mainly at the mid-axial length of both coils, a ferromagnetic insert made in the form of bushings is fixed by means of its constituent elements ki. In addition, the measuring unit is made in the form of an alternating current bridge circuit, in different measuring arms of which are connected inductors respectively, and in the diagonal the measuring indicator, the rod and the body of the inductive converter are made of non-ferromagnetic material, a digital voltmeter is used as a measuring indicator, and both the constituent elements, respectively, of the body of the inductive transducer and the rod are interconnected with glue.
Более подробно сущность изобретения поясняется с помощью чертежей. На фиг. 1 представлен общий схематический вид заявленного устройства. На фиг. 2 схематически показан корпус индуктивного преобразователя в разрезе. На фиг. 3 схематически представлен шток в разрезе. На фиг. 4 приведена схема измерительного блока.In more detail, the invention is illustrated using the drawings. In FIG. 1 presents a General schematic view of the claimed device. In FIG. 2 is a schematic sectional view of an inductive converter housing. In FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a stem. In FIG. 4 shows a diagram of a measuring unit.
Заявляемое устройство для измерения твердости в соответствии с фиг. 1 содержит шток 1, на верхнем конце которого закреплено устройство нагружения 2, а на нижнем - индентор 3, индуктивный преобразователь, состоящий из ферромагнитной вставки 4 и одинаковых катушек 5 и 6 индуктивности, корпус 7 индуктивного преобразователя, консоль 8, опорную втулку 9 и измерительный блок 10. Дополнительно оно снабжено основанием 11, вертикальной стойкой 12, жестко соединенной с основанием 11, предметным столиком 13 с цилиндрическим хвостовиком 14, в котором предусмотрен шпоночный паз 15, гайкой 16, а также верхней и нижней шариковыми направляющими 17 и 18. Консоль 8 закреплена на стойке 12 с возможностью ее вертикального перемещения с помощью установочного винта 19, а корпус 7 индуктивного преобразователя закреплен на консоли 8 посредством винта 20. Нижний конец опорной втулки 9 жестко соединен с основанием 11, а ее верхняя часть снабжена наружной резьбой 21, на которой навинчена гайка 16. В стенке опорной втулки 9 ниже наружной резьбы 21 предусмотрено резьбовое отверстие под стопорный винт 22, который входит в шпоночный паз 15. Предметный столик 13 опирается на верхнюю торцевую поверхность гайки 16, при этом в корпусе 7 индуктивного преобразователя между верхней шариковой направляющей 17 и нижней направляющей 18 по одной оси последовательно размещены в предусмотренном для этого углублении катушки 5 и 6 индуктивности. Корпус 7 индуктивного преобразователя выполнен в виде составной двухэлементной втулки, состоящей из элементов 23 и 24 (фиг. 2), внутри которой концентрично на верхней шариковой направляющей 17 и нижней направляющей 18 установлен двухэлементный шток 1, состоящий из элементов 25 и 26 (фиг. 3). В штоке 1 посредством элементов 25 и 26, преимущественно на уровне середины осевой длины катушек 5 и 6, закреплена ферромагнитная вставка 4, также выполненная в форме втулки. Измерительный блок 10 выполнен в виде мостовой схемы переменного тока, в разные измерительные плечи которой включены соответственно катушки 5, 6 индуктивности и эталонные резисторы 28 и 29 одинакового номинала, а в диагонали измерительный индикатор 27 (фиг. 4), в качестве которого используется цифровой вольтметр. Шток 1 и корпус 7 индуктивного преобразователя изготовлены из неферромагнитного материала, а их составные элементы 23, 24 и 25, 26 по завершении монтажа соответственно ферромагнитной вставки 4 и катушек 5, 6 индуктивности соединены между собой с помощью клея.The inventive hardness measuring device in accordance with FIG. 1 contains a rod 1, at the upper end of which a loading device 2 is fixed, and at the lower end - an indenter 3, an inductive transducer consisting of a ferromagnetic insert 4 and identical inductors 5 and 6, the inductance transducer housing 7, a console 8, a support sleeve 9 and a measuring block 10. In addition, it is equipped with a base 11, a vertical strut 12, rigidly connected to the base 11, a stage 13 with a cylindrical shank 14, which has a keyway 15, a nut 16, as well as the upper and lower ball heads 17 and 18. The console 8 is mounted on the stand 12 with the possibility of its vertical movement using the set screw 19, and the housing 7 of the inductive converter is fixed on the console 8 by means of the screw 20. The lower end of the support sleeve 9 is rigidly connected to the base 11, and its upper part equipped with an external thread 21, on which the nut is screwed 16. In the wall of the support sleeve 9 below the external thread 21 there is a threaded hole for the locking screw 22, which is included in the keyway 15. The stage 13 is supported by the upper end surface v nut 16, while the housing 7 inductive transducer between the upper ball guide 17 and lower guide 18 along one axis sequentially arranged in this coil provided to the recess 5 and 6, inductance. The housing 7 of the inductive converter is made in the form of a composite two-element sleeve consisting of elements 23 and 24 (Fig. 2), inside of which a two-element rod 1 consisting of elements 25 and 26 is installed concentrically on the upper ball guide 17 and the lower guide 18 (Fig. 3 ) In the rod 1 by means of elements 25 and 26, mainly at the midpoint of the axial length of the coils 5 and 6, a ferromagnetic insert 4, also made in the form of a sleeve, is fixed. The measuring unit 10 is made in the form of an alternating current bridge circuit, in different measuring arms of which are connected inductance coils 5, 6 and reference resistors 28 and 29 of the same nominal value, and in the diagonal a measuring indicator 27 (Fig. 4), which uses a digital voltmeter . The rod 1 and the housing 7 of the inductive transducer are made of non-ferromagnetic material, and their components 23, 24 and 25, 26, after installation, respectively, of the ferromagnetic insert 4 and coils 5, 6 of the inductance are interconnected using glue.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Перед началом проведения измерений производится градуировка выходного сигнала измерительного блока 10. Для этого штоку 1 с индентором 3 задают известные с требуемой точностью перемещения и измеряют выходной сигнал (напряжение, измеряемое цифровым вольтметром в диагонали мостовой схемы). После этого выполняют установку нуля или точки отсчета измерительного устройства.Before starting the measurements, the output signal of the measuring unit 10 is calibrated. To do this, the rod 1 with the indenter 3 is set the displacements known with the required accuracy and the output signal is measured (voltage measured by a digital voltmeter in the diagonal of the bridge circuit). After that, perform the installation of zero or reference point of the measuring device.
Предметный столик 13 соответствующим вращением гайки 16 перемещают в нижнее положение и устанавливают на нем образец оттискного материала. В зависимости от высоты образца с помощью усThe stage 13 by corresponding rotation of the nut 16 is moved to the lower position and an impression material sample is mounted on it. Depending on the height of the sample using
- 3 016899 тановочного винта 19 оптимально регулируется положение консоли 8 с закрепленным на ней корпусом 7 индуктивного преобразователя относительно образца. Затем, вращая гайку 16 на наружной резьбе 21 опорной втулки 9, предметный столик 13 поднимают вверх до соприкосновения образца с индентором 3. После соприкосновения вращение гайки 16 продолжают, и образец, сообщая подъемное усилие индентору 3, жестко соединенному со штоком 1, поднимает шток 1 вверх по шариковым направляющим 17 и 18 до тех пор, пока измерительный индикатор 27, в качестве которого используется цифровой вольтметр, не зафиксирует нулевое показание. Это произойдет тогда, когда вставленная в шток 1 ферромагнитная вставка 4 в корпусе 7 индуктивного преобразователя, в котором последовательно установлены две одинаковые катушки 5 и 6 индуктивности, займет положение, обеспечивающее одинаковое значение индуктивности каждой из катушек 5 и 6. Так как катушки 5, 6 индуктивности через разъемы включены в разные плечи измерительного моста переменного тока, то одинаковая величина их индуктивности приведет к установлению баланса мостовой схемы, и в ее диагонали появится нулевое напряжение, которое будет фиксироваться измерительным индикатором 27 или цифровым вольтметром. Это положение штока будет соответствовать нулевой точке отсчета измерительного устройства, и оно надежно фиксируется стопорным винтом 22 посредством его ввинчивания в шпоночный паз 15 хвостовика 14 предметного столика 13. Для подрегулировки нуля в мостовой схеме переменного тока может быть использован переменный резистор (на чертеже не показано). Далее на грузовую платформу устройства 2 нагружения устанавливается необходимая нагрузка, и шток 1 с индентором 3 опускается вниз. Индентор 3 проникает в образец оттискного материала на определенную глубину, которая пропорциональна показателю твердости исследуемого материала. При этом вместе со штоком 1 смещается вниз и размещенная в нем ферромагнитная вставка 4. В результате величина индуктивности нижней катушки 6 повышается, а верхней катушки 5 понижается, поскольку соответствующим образом перераспределяется пронизывающий их магнитный поток. Соответственно изменяются и сопротивления переменному току катушек 5, 6. Это приведет к разбалансировке мостовой схемы измерительного блока 10 и появлению в ее диагонали напряжения, которое измеряется цифровым вольтметром. Данная величина напряжения, пропорциональная перемещению штока 1 относительно его предварительно установленного нулевого положения, соответствует глубине внедрения индентора 3 в образец и является измерительным параметром для определения твердости образца оттискного материала.- 3 016899 tanning screw 19 is optimally regulated by the position of the console 8 with the housing 7 of the inductive transducer mounted on it relative to the sample. Then, rotating the nut 16 on the external thread 21 of the support sleeve 9, the stage 13 is lifted up until the contact of the sample with the indenter 3. After contact, the rotation of the nut 16 is continued, and the sample, giving a lifting force to the indenter 3, rigidly connected to the rod 1, raises the rod 1 up along the ball guides 17 and 18 until the measuring indicator 27, which is used as a digital voltmeter, does not record a zero reading. This will happen when the ferromagnetic insert 4 inserted into the rod 1 in the inductance converter housing 7, in which two identical inductors 5 and 6 are connected in series, takes a position that provides the same inductance value for each of the coils 5 and 6. Since the coils 5, 6 the inductance through the connectors are connected to different shoulders of the measuring bridge of alternating current, then the same value of their inductance will lead to the establishment of the balance of the bridge circuit, and zero voltage will appear in its diagonal, which will Det is fixed with a measuring indicator 27 or a digital voltmeter. This position of the rod will correspond to the zero point of reference of the measuring device, and it is firmly fixed by the locking screw 22 by screwing it into the keyway 15 of the shank 14 of the stage 13. To adjust the zero in the bridge circuit of an alternating current, a variable resistor can be used (not shown) . Next, the necessary load is set on the load platform of the loading device 2, and the rod 1 with the indenter 3 is lowered down. Indenter 3 penetrates into the sample of the impression material to a certain depth, which is proportional to the hardness index of the investigated material. At the same time, together with the rod 1, the ferromagnetic insert 4 located therein shifts downward. As a result, the inductance of the lower coil 6 increases and the upper coil 5 decreases, since the magnetic flux penetrating them is appropriately redistributed. Resistance to alternating current of coils 5, 6 also changes. This will lead to unbalance of the bridge circuit of the measuring unit 10 and the appearance of a voltage in its diagonal, which is measured by a digital voltmeter. This voltage value, proportional to the movement of the rod 1 relative to its pre-set zero position, corresponds to the depth of penetration of the indenter 3 into the sample and is a measuring parameter for determining the hardness of the sample of the impression material.
Таким образом, как следует из вышеприведенного описания, устройство для измерения твердости согласно изобретению полностью устраняют недостатки, присущие прототипу. С одной стороны, конструктивное выполнение механической части устройства исключает нарушение принципа Аббе, поскольку направление действия усилия нагрузки осуществляется по оси, совпадающей с осью штока и индентора, и тем самым позволяет существенно улучшить точность измерения. С другой стороны, предложенное решение электрической части в совокупности с механическими конструктивными признаками способствует дальнейшему улучшению точностных характеристик измерительного устройства, поскольку устранены понижающие точность факторы, обусловленные использованием ЬС-генераторов. Кроме того, выполнение измерительного блока в виде мостовой схемы позволяет значительно упростить измерительное устройство в целом.Thus, as follows from the above description, the device for measuring hardness according to the invention completely eliminate the disadvantages inherent in the prototype. On the one hand, the constructive implementation of the mechanical part of the device eliminates the violation of the Abbe principle, since the direction of action of the load force is carried out along the axis coinciding with the axis of the rod and indenter, and thereby can significantly improve the measurement accuracy. On the other hand, the proposed solution of the electrical part in combination with mechanical design features contributes to further improvement of the accuracy characteristics of the measuring device, since the factors that reduce the accuracy due to the use of LS generators are eliminated. In addition, the implementation of the measuring unit in the form of a bridge circuit can significantly simplify the measuring device as a whole.
На момент подачи заявки изготовлен образец заявляемого устройства и успешно проведена его апробация. Заявленное устройство зарекомендовало себя как очень простой, надежный и удобный в эксплуатации измерительный прибор, обеспечивающий достаточно высокую точность измерения. В соответствии с проведенной экспертной оценкой точности технических решений согласно прототипу и изобретению установлено, что точностные характеристики заявленного устройства превосходят прототип на несколько порядков. Погрешность измерения твердости эталонного образца составила соответственно 0,5% при измерении устройством согласно прототипу и 0,025% при измерении устройством согласно изобретению. Простота конструкции, прежде всего в силу упрощения измерительной электрической схемы, и использование недорогих, в основном стандартных комплектующих позволяют наладить производство таких измерительных устройств с минимальными затратами и в минимально сжатые сроки. В настоящее время ведутся переговоры о заключении договора по эксплуатации заявленного устройства в исследовательских лабораториях кафедры общей стоматологии и кафедры физики Белорусского медицинского государственного университета.At the time of application, a sample of the claimed device was made and its testing was successfully carried out. The claimed device has established itself as a very simple, reliable and easy-to-use measuring device that provides a sufficiently high measurement accuracy. In accordance with the expert assessment of the accuracy of technical solutions according to the prototype and the invention, it was found that the accuracy characteristics of the claimed device exceed the prototype by several orders of magnitude. The error in measuring the hardness of the reference sample was respectively 0.5% when measured by the device according to the prototype and 0.025% when measured by the device according to the invention. The simplicity of the design, primarily due to the simplification of the measuring electrical circuit, and the use of inexpensive, mostly standard components, make it possible to organize the production of such measuring devices with minimal cost and in a short time. Currently, negotiations are underway to conclude an agreement on the operation of the claimed device in the research laboratories of the Department of General Dentistry and the Department of Physics of the Belarusian Medical State University.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA200901361A EA016899B1 (en) | 2009-09-25 | 2009-09-25 | Device for determining hardness |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA200901361A EA016899B1 (en) | 2009-09-25 | 2009-09-25 | Device for determining hardness |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA200901361A1 EA200901361A1 (en) | 2010-06-30 |
| EA016899B1 true EA016899B1 (en) | 2012-08-30 |
Family
ID=42320166
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA200901361A EA016899B1 (en) | 2009-09-25 | 2009-09-25 | Device for determining hardness |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA016899B1 (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107860670B (en) * | 2017-10-23 | 2024-01-26 | 惠州市益信三井电热电器有限公司 | Pipe hardness detection device |
| CN112858008A (en) * | 2021-03-19 | 2021-05-28 | 北京市智通建筑设备厂 | Heated board detection device for building |
| CN113092296A (en) * | 2021-04-08 | 2021-07-09 | 重庆里博仪器有限公司 | Vickers microhardness meter infinite imaging system and binocular microhardness meter |
| CN116929973B (en) * | 2023-09-18 | 2023-11-21 | 江苏润鼎智能装备科技有限公司 | Aerated concrete body hardness detection device |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1601558A1 (en) * | 1987-07-01 | 1990-10-23 | Волгоградский Политехнический Институт | Device for determining hardness |
| RU2122719C1 (en) * | 1997-05-16 | 1998-11-27 | Мурат Баязитович Бакиров | Method determining initial plastic deformation of metal under impression of indenter ( versions ) |
| RU37218U1 (en) * | 2003-12-31 | 2004-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр физико-механических измерений "МЕТ" | PORTABLE COMBINED TERDOMER |
| RU2231041C2 (en) * | 2001-12-10 | 2004-06-20 | Скворцов Виктор Николаевич | Micro-hardometer |
-
2009
- 2009-09-25 EA EA200901361A patent/EA016899B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1601558A1 (en) * | 1987-07-01 | 1990-10-23 | Волгоградский Политехнический Институт | Device for determining hardness |
| RU2122719C1 (en) * | 1997-05-16 | 1998-11-27 | Мурат Баязитович Бакиров | Method determining initial plastic deformation of metal under impression of indenter ( versions ) |
| RU2231041C2 (en) * | 2001-12-10 | 2004-06-20 | Скворцов Виктор Николаевич | Micro-hardometer |
| RU37218U1 (en) * | 2003-12-31 | 2004-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр физико-механических измерений "МЕТ" | PORTABLE COMBINED TERDOMER |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA200901361A1 (en) | 2010-06-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101246143B (en) | Device for measuring ferromagnetic material internal stress by impulse electromagnetic field | |
| SU973040A3 (en) | Method and apparatus for measuring parameters of mechanical load on ferromagnetic body | |
| EA016899B1 (en) | Device for determining hardness | |
| CN112051528A (en) | Magnetostrictive material performance testing device and method | |
| CN109655771A (en) | Ac magnetic susceptibility measuring device and its measurement method | |
| CN103712637A (en) | Magnetic confinement pulsed eddy current detection method and apparatus | |
| JP4605307B1 (en) | Bolt tightening force inspection device | |
| RU91627U1 (en) | DEVICE FOR RESEARCH OF MICROMECHANICAL CHARACTERISTICS OF SOLIDS INDUCTION | |
| UA76581C2 (en) | Instrument transducer and an article authentication device that contains the transducer | |
| RU2552124C1 (en) | Mechanical stress measurement sensor | |
| JP2015148574A (en) | Metallic material discrimination device | |
| JP6934740B2 (en) | Magnetization measurement method | |
| CN109709156A (en) | Magnetorheological fluid sedimentation system safety testing device and test method | |
| Fanlin et al. | Characterization of elastic and plastic behaviors in steel plate based on eddy current technique using a portable impedance analyzer | |
| Zucca et al. | A setup for the performance characterization and traceable efficiency measurement of magnetostrictive harvesters | |
| RU2746040C1 (en) | Device for testing magnetic force of pole elements of magnetic devices and instruments | |
| RU2781466C1 (en) | Fatigue test unit for samples | |
| US20240328828A1 (en) | High-resolution inductive sensor | |
| RU2654827C1 (en) | Sensor for measuring mechanical deformations | |
| CN206193218U (en) | Detection apparatus for be used for bar -shaped sample intensity of overflow tank to detect | |
| RU2262123C1 (en) | Induction measuring converter for metal detector | |
| JPH0372946B2 (en) | ||
| Ezzouine et al. | Conception And Realisation of a Sensor Electromagnetic Force-Displacement | |
| RU2746765C9 (en) | Mechanical stress measurement sensor based on micro-wires with positive magnetostriction | |
| RU2708695C1 (en) | Method for measuring complex mechanical deformations by means of amorphous metal band and device for calibration of sensitive element |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ KZ KG MD TJ TM |
|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): BY RU |