一种数显式砂型硬度计的设计

    在铸造工艺中,砂型的硬度直接影响着铸件的质量及安全。为此,各种型号的砂型表面硬度计自然成为铸造行业必不可少的测试仪器。但目前国内使用的基本上都是SYS-A、B、C、G等几种型号的砂型硬度计(以下简称硬度计),由于普遍存在着示值及变动性严重超差而不能使用,且目前又无新型硬度计取代之。为解决目前国内铸造型砂硬度的测试急需,我们提出了此种数显式硬度计的设计方法。经我们试验及检定表明:精度较高,故障率极低,具有广阔的推广应用价值。现介绍如下。

    1　原硬度计的结构及工作原理

    结构如图1所示。

    将接触板5紧按在被测砂型表面,则触头6在负荷弹簧4的作用下压入砂型表面一定深度,而单位面积上的压力即硬度值由与触头6联接一体的尺条3带动传动齿轮11及中心齿轮10,最终由指针8在度盘7上指示出砂型硬度值。

    2　原硬度计存在的问题分析

    存在的问题是示值及变动性严重超差,最大时可超出理论值的20%以上。分析其原因是由于其仪器本身的结构引起的。如图2所示。当尺条3向上顶起时,负荷弹簧2产生的拉力经连杆1传给尺条,而尺条在AB、CD的两个导向套管中移动,

    由于侧向力的作用而导致导向套的B、C内侧面与尺条杆的摩擦力增大,且随机性很大。由此导致示值及变动性严重超差,无法使用。

    3　新型硬度计的工作原理及误差分析

    (1)工作原理

    结构如图3所示。

    将位移传感器固定于机壳上,通过夹板把标准负荷弹簧夹在位移传感器中,这样就把负荷弹簧的力值变化,转换成了位移的变化且测杆的位移引起的电感磁通的变化经转换放大板直接输出电信号毫伏。这里测杆上的压力直接来源于标准负荷弹簧的正压力而与电感线圈的摩擦力几乎为零。由于弹力与位移都是线性变化关系,所以,对A型硬度计来说,在弹力为883N (即90gf预负荷)时,通过调整放大板上的调零电位器使显示仪表指示“0”硬度。而在2325N (即理论上限负荷值,对A、B、C三种不同型号与预负荷理论值各不相同)时,通过调整满度电位器使指示仪表显示“100”硬度值。经这样调整后的硬度计就可以按规程进行逐点检定了。这里的标准负荷弹簧是经过特殊加工的,其挠度为2.5mm时弹力为2325N,精度达0.5%,位移传感器选用无锡传感器厂的WF-Z型位移传感器,精度为0.5%,显示仪表选用UP5035数字电压表,精度为0.1%,电源直接用9V干电池。

    (2)误差分析

    已知:标准负荷弹簧误差0.5%,位移传感器及放大器误差0.5%,显示仪表误差0.1%,电源变化误差,0.2%,温度影响0.1%,则综合误差δ为