超声硬度计检测原理

超声波硬度计通过改变超声波传感器棒的共振频率来测量硬度。主要用于测定金属的洛氏硬度。比较方法也可用于其他测量。超声波硬度测量的优点是对试件表面损伤小，测量速度快，操作程序简单。特别适用于成品工件的100%检测，握住探头可直接在工件上进行检测。特别适用于大型且难以移动的大型零件。测量不易拆卸的工件和零件。

在均匀接触压力下，传感器杆顶部的压头接触试件表面，传感器杆的共振频率会随着试件硬度的变化而变化，通过测量感应棒的共振频率，可以确定试件的硬度。

探头中的传感杆一端固定有大质量刚体，另一端镶嵌金刚石压头。当压头不与试件接触时（图1a），压头处于自由状态。纵向振动形成后，传感器杆的固定端为振动的节点，压头端因振幅ZD而成为振动的波腹，因此杆的长度等于1 /4 振动波长，此时的频率为传感器在自由状态下的谐振频率。

当传感器的压头端完全被试件和块状刚体夹住时（图1c），这是一个理想的情况，传感器杆的两端会变成振动杆的长度等于振动波长的1/2，此时的共振频率等于压头处于自由状态时初始频率的两倍。

压头压在试件上时，一般在上述两者之间（图1b）。在固定载荷的作用下，对于弹性模量相同的试件，如果试件的硬度较低，则压头与其表面的接触面积较大，压头末端与传感器接触的程度杆被夹得越大，因此该端的振动幅度也越小，相应的振动波腹越往杆的固定端移动，振动波长越小，即共振频率越高杆。通过测量传感器棒共振频率的变化，可以确定试件的硬度。

试件的不同弹性模量也会影响接触面积的大小，即传感器杆共振频率的变化。因此，超声波硬度测试法是一种比较测量方法。必须使用与试件弹性模量相同的试块作为校准试块来消除这种影响。

探头内有一根具有磁致伸缩效应的传感器棒，一端焊在一个钢制圆柱体上，这个圆柱体的质量比传感器大很多，另一端镶嵌着 136金刚石金字塔压头，激励线圈缠绕在传感杆上，压电晶体片固定在传感杆与圆柱体的连接处附近。

作为机械谐振器，传感器棒插入激励放大器的反馈电路中。在励磁线圈的作用下，传感杆产生纵向超声波振动。该信号被压电晶片检测并正反馈到激励放大器的输入端，构成一个自激振荡器，其振荡频率为传感器棒的共振频率，反映了试件的硬度。

从激励放大器输出一个信号，馈入脉冲电路，形成重复频率为上述振荡频率1/2的方波脉冲。经脉冲功率放大器放大后，鉴频器被激活。在鉴频器中，将反映不同硬度的频率变化转化为直流电流的变化，然后由硬度单位直接标度的直流微安表指示。预先用标准试块校准硬度标尺后，可直接从仪表上读取试件的硬度值。

作为该款超声波硬度计，同样采用充电装置，以220V交流电直接给电池组充电，并采用稳压器消除电池组电压的影响在工作过程中下降对指示的稳定性。

根据目前电子技术的发展，上述超声波硬度计应该能够实现数字化，从而进一步提高测量的准确性、稳定性和可靠性。