专利名称：高精度硬度计力值加载调节装置的利记博彩app
技术领域：
本发明是一种高精度硬度计力值加载调节装置，属于产品的结构技 术领域。
背景技术：
目前，国内外高精度的标准硬度计力值加载系统大都采用砝码静重 方式实现，由此制作的标准硬度计力加载装置机械结构庞大、维护与操 作不方便、需定期校准、工作效率低。而其他现有的硬度计中，电磁式 力值加载装置可实现微力值调节，但难以实现布氏硬度试验所要求的最 大加载力值。电动式和液压式力值加载结构可实现大力值的快速加载，
但力值调节精度只能达到±1%，不能满足作为标准机土O. 1%的精度要求。
发明内容
本发明正是针对上述现有产品中存在的不足而设计提供了一种高精 度硬度计力值加载调节装置，它采用压电陶瓷材料变形驱动来进行试验
力的加载，使力值精度超过士O. 1%，同时具有响应快、结构紧凑的优点。
压电陶瓷材料已广泛应用于微位移精密定位、超声换能器以及力标 准机等领域，但利用压电陶瓷材料的逆压电效应制成的高精度力值加载 调节装置应用于于标准硬度计，还没有相关的报道。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的
该种高精度硬度计力值加载调节装置，包括机体、压头升降装置、 工作平台、工作平台升降装置和电机，压头升降装置的上部连接力值传 感器，其特征在于在该装置的力值加载的中轴线上安装由多片压电陶 瓷叠加成的压电陶瓷力值加载块，多片压电陶瓷的电路连接结构为并联 方式，其激励电压通过正负电极线由驱动器提供，驱动器由计算机控制；
压电陶瓷(2)的片数由以下公式计算得出 尸
5 = -^3 — ./.w + w.c/33I7
式中5为在外电场作用下，压电陶瓷加载块(2)静态输出位移；& 为极化方向上陶瓷材料的柔顺系数；P为输出力；S为陶瓷片面积.，/为 单个陶瓷片厚度；n为陶瓷片层数；""为压电应变系数；U为施加电压。随着对压电陶瓷技术的认识逐步深入，利用压电陶瓷的逆压电效应， 将其应用于大负载情况下的力值微小量调节，已经得到应用。然而，将 压电陶瓷的逆压电效应应用于硬度计力值加载系统的应用研究还未有相 关报道。在力标准机的应用中，由于力标准机的加载整体结构刚性较大， 变形量小，且力值加载过程中没有超调量和加载时间的限制，只关心稳 定后的力值指标即可，因而易于进行加载力值的调节与控制，往往加载 稳控时间较长。而在硬度计力值加载过程中，由于硬度试验的特殊性， 在被测试样存在较大的塑性变形情况下，不但要求实现力值的快速加载 (6s 8s内完成)，而且要求超调量不允许超出规定值的土O. 1%，即硬度
计力值加载过程中的时间和超调量的指标要求都比力标准机有更为严格 的限制，因此将此种加力方式应用于硬度计的力值加载领域尚属首次。
因压电陶瓷的伸縮位移极小，其单独使用不足以完成力值的加载， 所以在力值加载结构中采用电动和压电陶瓷相互串联的加载机构。开始 时，计算机控制电机带动丝杠传动，实现测试力的一级加载，并通过力 传感器实时监测输出，当反馈力值接近期望值时，电机停止转动并保持， 计算机转而控制压电陶瓷驱动源，完成剩余力值的加载和细微调节。由 于本发明技术方案采用粗细二级力值加载控制方式，调节精度很高。
图1是本发明装置中压电陶瓷力值加载块的结构示意图
图2是本发明装置中压电陶瓷力值加载块安装在工作平台下方的结
构示意图
图3是本发明装置中压电陶瓷力值加载块安装在压头升降装置上方
的结构示意图 具体实施方案
下面将根据附图和实施例对本发明装置作进一步地详述 参见附图1 3所示，该种高精度硬度计力值加载调节装置，包括机 体6、压头升降装置4、工作平台8、工作平台升降装置1和电机7，压 头升降装置4的上部连接力值传感器5，在该装置的力值加载的中轴线上 安装由多片压电陶瓷2叠加成的压电陶瓷力值加载块2，压电陶瓷力值加 载块2可以安装在工作平台3的下方，也可以安装在压头升降装置4的 上方，压电陶瓷力值加载块2是通过预紧螺栓11将上盖板12、下盖板13和多层压电陶瓷片2固定在一起，多片压电陶瓷2的电路连接结构为
并联方式，正负电极线8与驱动器9相连，其激励电压由驱动器9提供， 驱动器9由计算机10控制，压电陶瓷力值加载块2产生的力值变化通过 力值传感器5将测量结果反馈给计算机10;
压电陶瓷(2)的片数由以下公式计算得出
<5 =—乇3 — ./."+
式中S为在外电场作用下，压电陶瓷加载块2静态输出位移；^为 极化方向上陶瓷材料的柔顺系数；P为输出力；S为陶瓷片面积；/为单 个陶瓷片厚度；n为陶瓷片层数；""为压电应变系数；U为施加电压。
在外电场作用下，用静态输出位移表示的上公式变形为
尸二( 〃-早
可以看出材料的特性参数如柔顺系数、压电应变系数等以及尺寸参 数如陶瓷片面积、陶瓷片厚度都是输出力的影响因素，通过控制激励电
压u便可控制驱动器的输出力。
在工作过程中，工作平台升降装置1固定在刚度非常好的机体6的 刚架上，压头升降装置4、工作平台升降装置1对工作平台8上的试件3 施加初始压力，这-一过程实现力值的粗调，计算机10及时采集力值传感 器5检测到的力值信号，计算机10根据预设程序对采集数据进行分析处 理后调节驱动器9的激励电压，压电陶瓷力值加载块2根据驱动器9所 提供的激励电压进行对应量的伸縮，进行力值精调，由此保证了施加给 试件3的高精度力值。根据实际试验情况，陶瓷片在3吨负荷下的膨胀 量大于30/^即可。
本发明技术方案可以适用于所有的静态硬度计(洛氏、表面洛氏、 维氏、显微等)的力值加载系统中。
本发明技术方案与现有技术装置相比可以使力值加载的精度超过士 0.1%，同时具有响应快、结构紧凑的优点。
权利要求
1.一种高精度硬度计力值加载调节装置，包括机体(6)、压头升降装置(4)、工作平台(3)、工作平台升降装置(1)和电机(7)，压头升降装置(4)的上部连接力值传感器(5)，其特征在于在该装置的力值加载的中轴线上安装由多片压电陶瓷(2)叠加成的压电陶瓷力值加载块(2)，多片压电陶瓷(2)的电路连接结构为并联方式，其激励电压通过正负电极线(8)由驱动器(9)提供，驱动器(9)由计算机(10)控制；压电陶瓷(2)的片数由以下公式计算得出<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>δ</mi><mo>=</mo><mo>-</mo><msub> <mi>s</mi> <mn>33</mn></msub><mfrac> <mi>P</mi> <mi>S</mi></mfrac><mo>.</mo><mi>l</mi><mo>.</mo><mi>n</mi><mo>+</mo><mi>n</mi><mo>.</mo><msub> <mi>d</mi> <mn>33</mn></msub><mo>.</mo><mi>U</mi> </mrow>]]></math></maths>式中δ为在外电场作用下，压电陶瓷加载块(2)静态输出位移；s33为极化方向上陶瓷材料的柔顺系数；P为输出力；S为陶瓷片面积；l为单个陶瓷片厚度；n为陶瓷片层数；d33为压电应变系数；U为施加电压。
全文摘要
本发明是一种高精度硬度计力值加载调节装置，它包括一高刚度机体、压头升降装置和工作平台升降粗调装置，在该装置的力值加载的中轴线上安装由多片压电陶瓷叠加成的压电陶瓷力值加载块，多片压电陶瓷的电路连接结构为并联方式，其激励电压通过正负电极线由驱动器提供，驱动器由计算机控制，本发明技术方案与现有技术装置相比可以使力值加载的精度超过±0.1％，同时具有响应快、结构紧凑的优点。
文档编号G01N3/00GK101587047SQ20091015807
公开日2009年11月25日 申请日期2009年7月20日 优先权日2009年7月20日
发明者于娅楠, 明 徐, 吾 曾, 李金颖, 王显伟, 伟 石, 陶继增 申请人:中国航空工业第一集团公司北京长城计量测试技术研究所