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超声波硬度计原理

超声硬度计是借助超声传感器杆谐振频率的变化来测量硬度，主要用于测定金属的洛氏硬度，采用比较法也可用于其他测量。超声硬度测量的优点是对试件表面的破坏极小、测量速度很快、操作程序简单，特别适合于成品工件检验，并且可以手握测头直接对工件检测，特别适合于不易移动的大型工件、不易拆卸的部件进行测量。

在均匀的接触压力下，传感器杆的压头与试件表面接触，则传感器杆的谐振频率会随试件的硬度而改变，通过测量传感器杆的这种谐振频率变化，即可确定试件的硬度。

测头中的传感器杆一端和一个大质量刚体固定在一起，另一端镶有金刚石压头，当压头与试件不接触时，压头处于自由状态。在形成纵向振动后，传感器杆的固定端是振动的波节点，压头端由于振幅大而成为振动的波腹点，因此杆的长度等于振动波长的1/4，此时的频率是传感器处于自由状态下的谐振频率。

当传感器的压头端完全被试件与大质量刚体紧固地夹住时，这是理想情况下，传感器杆的两端都将成为振动的波节点，则杆的长度等于振动波长的1/2，这时的谐振频率等于压头端处于自由状态时起始频率的两倍。

当压头被压到试件上，一般是介于上述两者之间，在固定负荷作用下，对于弹性模量相同的试件来说，若试件的硬度越低，则压头与其表面的接触面积愈大，使传感器杆的压头端被夹紧的程度也愈大，于是此端振动幅度也愈小，相应的振动波腹点愈向杆的固定端方向移动，因此振动波长就愈小，即杆的谐振频率也就愈高。通过测量传感器杆谐振频率的变化，就可确定试件的硬度。

试件的弹性模量不同，也会影响接触面积的大小，即影响传感器杆谐振频率的变化。因此，超声硬度试验法是一种比较测量的方法，需要以弹性模量和被测试件相同的试块作为校准试块来消除这种影响。

在测头中有一个具有磁致伸缩效应的传感器杆，一端焊到一个钢圆柱体上，此圆柱体质量要比传感器大得多，另一端镶有136金刚石角锥压头，激励线圈绕在传感器杆上，在靠近传感器杆与圆柱体的连接处固定上压电晶体片。

传感器杆作为一个机械谐振子，插入到激励放大器的反馈电路中，在激励线圈的作用下，使传感器杆产生纵向超声振动，由压电晶片检出这个信号，正反馈到激励放大器的输入端，构成一个自激振荡器，其振荡频率就是传感器杆的谐振频率，反映了试件的硬度。

从激励放大器输出一个信号，馈送到脉冲电路中，形成一个重复频率，是上述振荡频率1/2的方波脉冲，经脉冲功率放大器放大，启动鉴频器。在鉴频器中，把反映不同硬度的频率变化转换成直流电流的变化，然后用一个直接用硬度单位标度的直流微安表指示出来。在硬度刻度事先用标准试块校准后，就可从指示表上直接读出试件的硬度值。

作为该型超声硬度计还采用充电装置来直接由220V交流电对电池组充电，用稳压器消除工作过程中电池组电压下降对示值稳定性的影响。

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