Определение твердости с помощью твердомера мет-д1

Лабораторная работа № 5 определение твердости с помощью твердомера мет-д1

Порядок проведения работы:

Произвести несколько измерений в различных шкалах твердомера МЕТ-Д1. Внести полученные результаты в архив прибора. С помощью МЕТ-Д1 провести обработку результатов. Полученные данные записать в таблицу 5.1.

Цель работы: изучить устройство прибора МЕТ-Д1 и приобрести навыки определения твердости различными шкалами прибора МЕТ-Д1.

5.1 Устройство твердомера МЕТ-Д1

Твердомер представляет собой портативный прибор, состоящий из электронного блока и динамического датчика.

А. Датчик,  включающий  в  себя  ударный  механизм,  формирует напряжение, пропорциональное скорости перемещения индентора. Он представляет собой отдельно выполненное механическое устройство, связанное с электронным блоком при помощи кабеля. Его подвижная часть (индентор) при помощи предварительно взведенной пружины сбрасывается при нажатии спусковой кнопки на контролируемую поверхность. На конце индентора расположен твердосплавный шарик, непосредственно контактирующий с контролируемой поверхностью. При этом индентор (внутри которого находится постоянный магнит) перемещается внутри катушки индуктивности и своим магнитным полем наводит в катушке электродвижущую силу. Напряжение с выхода катушки индуктивности подается на вход электронного блока, где преобразуются в числа твердости выбранной шкалы и индицируются на дисплее.   

Рекомендуемые материалы

Б. Электронный блок твердомера встроен в пластмассовый корпус. На лицевой стороне корпуса расположены жидкокристаллический индикатор – ЖКИ (дисплей) и четыре функциональных клавиши. На верхней стороне корпуса расположены разъемы датчика и внешнего питания (зарядного устройства). Батарейный отсек находится на обратной стороне прибора. Аккумулятор устанавливается в отсеке согласно обозначенной полярности. Прибор может также питаться от сети 220В 50Гц через сетевой блок питания, одновременно подзаряжающий аккумулятор.

В. Функциональная схема твердомера, поясняющая принцип действия, приведена на рис. 5.1.   

Схема питания твердомера содержит аккумулятор (1), преобразователь-стабилизатор напряжения (2) и супервизор первичного питания (3). Процессорная секция состоит из микроконтроллера (4), буфера интерфейса RS232 (5) и энергонезависимой памяти (ЕЕPROM) (6). Модуль индикации и клавиатуры содержит графический матричный ЖКИ (7) и четырехкнопочную клавиатуру (8). Модуль датчика (9) состоит из корпуса, индентора и ряда вспомогательных элементов. К аккумулятору (1) может быть подключен сетевой блок питания (10).

Г. Программное  обеспечение  микроконтроллера  состоит  из измерительной части, интерфейсных  и обрабатывающей программ. Измерительная часть вместе с интерфейсной программой написана на языке “Ассемблер-51”. Она находится в ЕЕРRОМ микропроцессора 89С55.

Рисунок 5.1 – Схема функциональная твердомера МЕТ-Д1

Дисплей индицирует три типа надписей: служебные, подсказки и числа. Служебные надписи и символы позволяют индицировать текущий режим работы твердомера, подсказки (мигающие надписи и звуковой сигнал) – помогают выбрать следующий режим работы, числа – показывают значения параметров.

Д. Схема работы твердомера представляет собой трехуровневое меню, на каждом уровне которого возможен выбор режимов работы или параметров (рис. 5.2).

         5.2 Принцип работы твердомера МЕТ-Д1

         При включении твердомера оператор выбирает рабочую шкалу, режим работы и приступает к измерениям. Четыре клавиши позволяют оператору проходить по уровням меню вверх-вниз и вправо-влево. На верхнем уровне меню появляется мигающая надпись “ШКАЛА: ХХХ”, где ХХХ – выбираемая шкала (НRС, НВ, НV, НSD, R_m, Н₁, Н₂, Н₃).

По шкале R_m определяется предел прочности по ГОСТ 22761-77 для малоуглеродистых сталей перлитного класса. В отличие от остальных шкал, шкалы Н₁, Н₂, Н₃ не калибруются изготовителем на серийных приборах. Они предусмотрены для измерений по другим шкалам твердости, а также на чугунах, алюминиевых, медных сплавах и других материалах, существенно отличающихся от сталей по свойствам, что требует калибровки твердомера на специальных образцах, поставляемых потребителем.

Клавишами ← “влево” и → “вправо” выбирают необходимую шкалу. Клавишей ↓ “вниз” оператор переходит на следующий уровень меню, где выбирается режим работы твердомера: “калибровка”, “измерение” или “обработка”. Выбор режима осуществляется клавишами ← “влево” и “вправо” →.

         Переход к выбранному рабочему режиму – клавишей ↓ “вниз”. Возврат на уровень выше производится нажатием клавиши ↑ “вверх”.

Подготовка к работе прибора происходит следующим образом:

         1. Включение питания твердомера осуществляется длительным (более 2 с) нажатием клавиши ↓ “вниз”. При этом включается режим работы, в котором твердомер работал до отключения, и по всему полю дисплея появляются символы, соответствующие этому режиму. Выключение питания производится автоматически при отсутствии активности клавиатуры и датчика. Также прибор автоматически выключается при разряженном аккумуляторе.

         2. Включение и выключение подсветки дисплея осуществляется нажатием клавиши ↑ “вверх” на уровне управления “Выбор шкалы”. Уровень управления “Выбор шкалы” достигается двойным нажатием клавиши ↑ “вверх” из любого рабочего режима. При этом на дисплее появляется мигающая надпись “шкала”.

Порядок работы прибора следующий:         

         Выйдите на уровень управления “выбор шкалы”. Клавишей ← “влево” или → “вправо” выберите шкалу, на которой будут производиться измерения. Нажатием клавиши ↓ “вниз” войдите на уровень управления “выбор режима”. На дисплее появится мигающая надпись “измерение”. Двойным нажатием клавиши ↓ “вниз” зафиксируйте режим измерений. Символ датчика на дисплее начнет мигать, что означает приглашение к измерениям.

Рисунок 5.2 – Схема работы твердомера МЕТ-Д1

Взведите пружину и установите датчик на деталь, твердость которой измеряется, и плавно нажмите на спусковую кнопку.

Одновременно с началом звукового сигнала в центральной части дисплея крупными цифрами отражается измеренное число твердости, слева – обозначение шкалы, под ним – текущий номер измерения. На темном поле внизу индицируется выбранный режим измерений и текущий номер ячейки архива, в который, при необходимости, можно записать измеренное значение твердости (рис. 5.3).

После звукового сигнала твердомер готов к новому измерению.

Рисунок 5.3 – Экран твердомера при выборе шкалы измерения

Следует обратить внимание на символ батарейки в правой части дисплея. Затемненная часть символа батарейки определяет степень заряженности автономного источника питания.

5.3 Режимы измерений твердомера МЕТ-Д1

Возможны следующие варианты работы с твердомером в режиме измерений: измерение без запоминания результатов; просмотр данных, содержащихся в архиве; измерения с записью каждого одиночного результата в архив; измерения с записью в архив усредненного значения по группе измерений.

а) Измерения без запоминания результатов.

Проведите измерения в соответствии с предыдущим пунктом. Измеренное значение будет индицироваться до следующего измерения. Данные предыдущего измерения при этом утрачиваются. Числа на дисплее, обозначающие текущий номер измерения и текущий номер ячейки архива могут быть произвольными. Действий с клавиатурой не требуется.

б) Просмотр архива.

Твердомер может хранить в своей энергонезависимой памяти (архиве) до 100 результатов как одиночных, так и предварительно усредненных по произвольному (также до 100) количеству измерений. Адрес, по которому записывается очередной результат, обозначается в виде числа от 01 до 99 в нижней строке дисплея может быть выбран оператором произвольно и впоследствии использоваться для вызова из архива на дисплей результатов измерений с целью просмотра или дальнейшей обработки.

Для просмотра данных, содержащихся в архиве, нажмите кнопку ↓ “вниз”. На нижней строке дисплея появится надпись “архив № ХХ”. Каждое нажатие на клавишу ← “влево” или → “вправо” изменяет адрес ячейки архива на единицу вниз или вверх соответственно (рис 5.4).

При этом на дисплее индицируется содержимое соответствующей ячейки.

Рисунок 5.4 – Экран твердомера в режиме “архива”

Для возвращения в режим измерения нажмите клавишу ↑ “вверх”.

в) Измерения с запоминанием результатов.

Установите номер ячейки архива, с которой предполагается начать работать. Для этого войдите в архив и клавишами ← “влево” или → ”вправо” установите в нижней строке нужное число. В дальнейшем ячейки будут заполняться в порядке возрастания номеров. Вернитесь в режим измерений.

Установите значение 00 на текущем счетчике измерений. При выполнении предыдущей операции это происходит автоматически. Если она не выполнялась, просто войдите в архив и выйдите из него.

Выполните одно или несколько измерений. Результат любого измерения может быть аннулирован. Для этого после ошибочного измерения нажмите клавишу ← “влево” и проведите измерение заново. Для записи результата в архив нажмите клавишу → “вправо”.

Если было проведено одно измерение, будет записан его результат, отраженный на дисплее, если несколько – среднее значение по всем проведенным измерениям, количество которых отражено на текущем счетчике. Предыдущая запись в ячейке при записи новых данных стирается. При этом автоматически изменится на единицу номер ячейки архива, т. е. следующий будет записан в следующую ячейку.

Перед проведением следующего измерения опять установите текущий счетчик на 00, в противном случае при следующей записи в архив в усреднении будут участвовать предыдущие результаты измерений.

Запись в архив может быть выполнена также клавишей ↓ “вниз”. В этом случае номер ячейки не изменяется, а прибор выходит в режим просмотра архива. Это удобно для замены содержимого одиночной ячейки архива.

г) Режим обработки данных.

Этот режим позволяет получать среднее значение содержащих в архиве данных по любому заданному интервалу ячеек архива.

С уровня управления “Выбор режима” (рис. 5.5) клавишами “влево” ← или → “вправо” выйдите в режим “обработка”, что индицируется соответствующей мигающей надписью, утвердите этот режим нажатием клавиши ↓ “вниз”. В нижней строке слева и справа  появятся двухзначные числа, возле одного из них – значок “ < “  или “ > “.

Рисунок 5.5 – Экран твердомера при “выборе режима”

При каждом нажатии клавиши ↓ “вниз” значок перемещается к другому числу. Каждое нажатие клавиш ← “влево” или → “вправо” соответственно уменьшает или увеличивает число со значком на единицу. Эти числа означают номера ячеек архива, в пределах которых усредняются данные.

Результат усреднения непрерывно индицируется на дисплее.

Например, если слева стоит число 01, а справа 07, это означает, что на дисплее представлен результат усреднения содержимого ячеек с первой по седьмую включительно.

Содержимое ячеек архива при описанных операциях не изменяется.

5.4 Калибровка твердомера МЕТ-Д1

Калибровку твердомера следует проводить после длительного хранения, а также при значительных изменениях условий эксплуатации (температуры и т. д.) и перестановке датчика с другого прибора.

Калибровка выбранной шкалы твердомера должна производиться на двух эталонных мерах 2-го разряда различной твердости, аттестованных в этой шкале. Срок годности мер твердости – 2 года со дня проверки.

При использовании шкалы R_m твердомер необходимо калибровать по шкале Бринелля.

Последовательность операций при калибровке следующая.

Включите питание твердомера и выйдите на уровень управления “выбор шкалы”. Из любого рабочего режима это достигается двойным нажатием на клавишу ↑ “вверх”. При этом на дисплее появляется мигающая надпись “шкала”. Затем клавишей ← “влево” или → “вправо” выберите шкалу, в которой будет проводиться калибровка. Нажатием клавиши ↓ “вниз” войдите на уровень управления “выбор режима”.

С уровня управления “Выбор режима” клавишами ← “влево” или → “вправо” выйдите в режим “калибровка”, что индицируется соответствующей мигающей надписью. Нажатием клавиши ↓ “вниз” “зафиксируйте” режим калибровки.

Крупными цифрами в центральной части дисплея отражается измеренное число твердости, слева – обозначение шкалы, под ним номер измерения в пределах шага калибровки. На темном поле внизу индицируется номер шага калибровки, мигающий символ датчика слева – приглашение к работе с датчиком.

Процесс калибровки состоит из четырех шагов.

Цель первого шага – получение усредненного значения числа твердости одной из мер (произвольной).

Проведите измерение. Затем для усреднения результатов измерений по поверхности меры следует выполнить не менее пяти отпечатков.

Нажатием клавиши ↓ “вниз” усредненное по проведенным измерениям значение числа твердости занесите в память прибора.

Цель шага № 2 калибровки – приведение в соответствие усредненного показания твердомера по результатам измерений меры и номинального значения твердости эталонной меры. Усредненный результат измерений с помощью клавиши ← “влево” (уменьшение) или → “вправо” (увеличение) приведите в соответствие с номинальным значением твердости меры.

Нажмите клавишу ↓ “вниз” (шаг № 3). Повторите все операции шага № 1 на второй мере твердости. Нажатием клавиши ↓ “вниз” перейдите к шагу № 4 . Аналогично шагу № 2 клавишами ← “влево” или → “вправо” приведите в соответствие показание твердомера с номинальным значением твердости второй меры. Калибровка окончена. Нажатием клавиши ↓ “вниз” выйдите в режим измерений.

Качественная калибровка твердомера требует от оператора определенных навыков. В случае любых сомнений в результатах следует повторить весь цикл калибровки.

К особенности работы с датчиком твердомера можно отнести то, что получение надежных результатов измерений требует аккуратности и соблюдения определенных правил. Следует обратить внимание на перпендикулярность оси датчика к соответствующему участку детали и на неподвижность детали в процессе измерения.

Поверхность изделия, на которой проводят измерения, должна быть очищенной от загрязнений, окалины и  ржавчины. Наличие последних приводит, как правило, к увеличению разброса результатов. К этому же приводят и повышенная шероховатость поверхности, которая не должна превышать значения 3,2R_а.  

Таблица 5.1 – Результаты измерений на приборе МЕТ-Д1

          5.6 Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Основные положения.

3. Описание устройства и принципа работы прибора МЕТ-Д1.

         4. Таблица с полученными результатами.

         5. Краткие выводы.

Контрольные вопросы:

         1. Какие элементы включает в себя твердомер МЕТ-Д1?

         2. Расскажите о принципе работы прибора МЕТ-Д1.

         3. Какие существуют режимы измерений у твердомера МЕТ-Д1?

         4. Из скольких шагов состоит процесс калибровки?

         5. Каким образом можно произвести запись измерения в архив МЕТ-Д1?

         Рекомендуемая литература

1. Золотаревский В.С. Механические свойства металлов. – М.: Металлургия, 1998. – 306 с.

2. Бернштейн М.Л., Займовский В.А. Механические свойства металлов. – М.: Металлургия, 1979. – 496 с.

3. Жуковец Н.И. Механические свойства металлов. – М.: Высшая школа, 1986. – 312 с.

Вместе с этой лекцией читают "Оптимизация размещения и концентрации производства".

4. Колмаков А.Г. Методы измерения твердости. – М.: Интермет Инжиниринг, 2000. – 412 с.

5. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Механические свойства материалов». Шарая О.А., Куликов В.Ю., Шарый В.И., Атамбаев Ж.Н., КарГТУ, 2005 г.

Контрольные задания для СРС [1, 2, 12]

1. Режимы измерений электронных приборов типа прибора МЕТ-Д1.

2. Принцип работы электронных приборов типа МЕТ-Д1.

3. Особенности измерения электронных приборов типа МЕТ-Д1.