一种新型的金属材料冲击韧性数字测量仪

　　1 引言

　　目前用冲击试验方法测定金属材料承受冲击载荷条件下的动态断裂性能(主要特征量是冲击功)的仪器有两种形式。

　　一是刻度盘式冲击试验机，这种试验机结构简单，通过读取摆锤试验前的仰角a和摆锤冲击后升起的高度偏角p之差，由表针示数再根据角度差进行换算得到该试件的冲击韧性值。这种测试机的数据是通过人眼的观察获取的，所以很容易造成误差，因此得到的测试结果也不是精确的。

　　另一种是较先进的数字化冲击试验机，它是在试验机主轴上安装编码器代替刻盘指针来测定冲击功，其原理也是利用角度差来计算被测试件的冲击韧性。这种测试仪的测试结果要比刻度盘式的测试仪准确得多，结构也复杂得多。

　　上述两种测量仪无论是刻度盘式的、还是数字化的都是将测试装置(指针或编码器)安装在主轴上，它们随主轴转动，属于“接触式，’o由于试件在受到摆锤冲击时主轴势必产生振动，很容易造成指针和数字显示的误差，最终导致测量偏差。

　　本课题研制的数字测量仪是适用于冲击试验机的一种新型的冲击功测定装置。位置传感器安装在试验机的支柱下方，正对摆锤杆，与主轴不接触，属于“不接触式”，不受主轴振动的影响，测量准确、稳定。检测结果经单片机运算处理后，得到冲击韧性，送数码管显示。因为采用了单片机，故具备计算机通讯功能，多台冲击试验机数据可联网，统一管理。

　　2冲击韧性数字测量仪的原理

　　目前常用的刻度盘式冲击试验机的原理如图1所示。

　　摆锤对试样所作功(冲击功)AK的数值由式(1)计算:

　　式中:

　　PL为摆锤力矩;

　　a为冲击前摆锤仰角;

　　刀为冲断试样后升起角。

　　考虑到PL、a均为常数，如果不计摩擦损失及空气阻力等因素，则AK仅与刀有关。而金属材料冲击韧性ak等于AK除以试样切槽处的横截面积F(标准试样为0.8em2

　　已有的冲击试验机正是通过测取刀而得到材料的冲击韧性的。

　　本文给出的测量仪是基于下面论述的一种新的测量方法。

　　可以推出，摆锤升起到c点所需的时间t与刀有确定函数关系:

　　代人(2)得：

　　本文给出的新型数字测量仪就是根据式(4)通过测取时间t来标定材料的冲击韧性的。测量时间采用脉冲计数法，控制器每隔0.sms发出一个脉冲，当摆锤经过B点冲断试样时，传感器(接近开关)动作，开始对脉冲计数，摆锤升到C点又回到B点时，传感器又动作，停止计数，于是就得到以脉冲个数表示的t。再按式(4)给出的函数关系计算ak。这种脉冲计数法，对测量冲击速度同样有效，因此，可扩展应用到其他场合。