数显布氏硬度计保荷试验力波动度对硬度示值的影响

　　0　引言

　　随着控制技术的发展，布氏硬度计的外观结构和控制加载也有了很大的改进和革新，其中最明显的改变就是：由传统的杠杆加荷式原理加杠杆控制系统提供试验力的压入式加荷方法，发展为由精密的机械结构和微机控制闭环系统的光、机、电一体化产品，其控制过程是采用步进电机或伺服电机加卸试验力，通过高精度的测力传感器进行反馈，在 CPU 的控制下可对保荷试验中衰减的试验力进行自动补偿。其优点是显而易见的，去除了繁琐的砝码结构，取而代之的是精巧的力控制系统，在保证整机刚性的前提下，使得整台设备减轻了重量，便于搬运，同时也简化了操作。然而，问题也随之出现了，传统的杠杆加砝码的加力方式，只要周围没有震源，在保荷过程中，力值一般是不会产生波动的，而采用了新的加载方式后，力控制系统带出了新的问题，尤其是在力值保荷的过程中，由于伺服电机的特性，其产生的力值在保荷过程中会衰减，在微机的控制下，当力值衰减到一定的程度时，系统便通过增加力值来补偿衰减，使保荷力重新回到理想的状态，这样一来，保荷时的力值便会产生波动，而且该波动度的大小和频率会随着反馈信号采样频率的变化而变化。根据 GB/T 231-2002《金属布氏硬度试验方法》规定，不同材质的金属要求保荷的时间不同：黑色金属的试验力保持时间为(10 ～ 15)s，有色金属为(30±2)s，布氏硬度 < 35 时为(60±2)s。那么在这些时间段里，采用新的加载方式保荷，试验力的波动度对材料的硬度值会产生多大的影响，就值得探讨了。需要说明的是，为了降低制造成本，目前大多数数显布氏硬度计只采用一套力传感器系统，也就是说布氏硬度计加载的力值范围 62.5 kgf ( 612.9N)～ 3000 kgf(29400 N)都是由一套力传感器系统来控制完成的，而一般测力传感器的有效量程是 10%～ 100%，因此对于一个满量程为 3000kgf(29400 N)的传感器来说，要保证其 10%以下，即< 300 kgf(2940 N)的力值精度，将是一个考验。因此，本次实验采用测量上限为 3000 kgf (29400N)的力值传感器来控制 62.5 kgf(612.9 N)的力。

　　2　试验内容

　　2.1　取样

　　选取均匀度≤ 1% 的标准布氏硬度块 3 块，目的是为了减小硬度块均匀度对试验结果的影响。分别标记为 A，B，C。

　　2.2　校验设备及校验条件

　　试验设备为 XHB-3000 型数显布氏硬度计，采用 NI 数据采集卡 (PXI4220) 及 HBM力传感器;

　　试验条件为 HBW2.5/62.5(F/D2一 10);

　　整个试验过程试验温度为(18~28)℃;

　　采样速率(1000 Hz)。

　　其中：F 表示试验力，kgf(N)