专利名称：脆性颗粒材料抗压强度测定仪的制作方法
技术领域：
本实用新型脆性颗粒材料抗压强度测定仪属于材料物性检测技术领域。
金刚石等脆性颗粒材料具有一系列优异性能，应用非常广泛，而抗压强度又是衡量其产品质量的一个重要指标，所以抗压强度检测对其科研、生产、经营、使用部门都有重要意义。中国专利CN2090528U提出了一种金刚石强度自动测试仪，它由机械加载机构、压力传感器、仪表放大器、A/D转换器、单片机、存储器及数显部分组成，压力作用引起的电压信号经放大后由A/D转换器变为数字信号，再输入单片机经预定的软件处理后由数码管显示出单颗粒抗压强度或统计强度值。这种仪器效率高，适合实验室使用，但其结构复杂、体积大、价格高，不适于频繁生产经营活动中现场检测的需要。
本实用新型旨在改进测试仪结构，提供一种便于携带且价格便宜的脆性颗粒材料抗压强度测定仪，以满足生产经营中现场检测的迫切需要。
为此，本实用新型脆性颗粒材料抗压强度测定仪具有机械加压机构、压力传感器、电压放大器、A/D模数转换电路和数字显示电路，其主要特征是在电压放大器和A/D模数转换电路间设有压力峰值检锁电路，以检出并锁存压力峰值，且该电路由电压比较器IC4、电压跟随器IC5、三极管BG1和BG2、一个二极管、电阻R7、电容C2及开关K1、K2连接而成，其中电压跟随器IC5的“+”向输入端与电压比较器IC4的“-”向输入端并联于电压放大器输出端，电压跟随器IC5的“-”向输入端、电压比较器IC4的“+”向输入端、电容C2的正极与三极管BG1的发射极并联于A/D模数转换电路的输入端，三极管BG1的基极与集电极短接后连于电压跟随器IC5的输出端，而其发射极通过电容C2接地，电压比较器IC4的输出端通过二极管与电阻R7接三极管BG2的基极，三极管BG2的集电极接模数转换电路输入端，而其发射极则接地，电容C2两端间联有开关K1，三极管BG2发射极与基极间串联有电阻R7与开关K2。其他特点是压力峰值检锁电路之电阻R7＝2～10KΩ，电容C2＝20～100μF，A/D模数转换电路的芯片IC1为14433型。
实际上，本实用新型测定仪具有机械加压机构、压力传感器(5)、电压放大器、压力峰值检锁电路、A/D模数转换电路和数字显示电路(
图1)。机械加压机构可采用微型螺旋加压、齿轮齿条加压、杠杆加压等结构形式，但其最大尺寸小于20CM，最好用杠杆加压机构。压力传感器(5)具有普通结构型式，其输出端与电压放大器输入端相连接(图2)，能使所受机械压力转变为电压信号V1并输入电压放大器。电压放大器、A/D模数转换电路与数字显示电路均具有相应的普通结构型式。电压放大器输出端连接于压力峰值检锁电路输入端，能使电压信号V1放大为V2。A/D模数转换电路能对由压力峰值检锁电路输入的电压信号进行模数转换，其输出端连接于数字显示电路输入端，芯片IC1可采用14433型或7135型，最好用14433型，以简化电路。数字显示电路可采用数码管或液晶作数显元件，将输入信号数显出来。压力峰值检锁电路由电压比较器IC4、电压跟随器IC5、三极管BG1和BG2、一个二极管、电阻R7、电容C2及开关K1、K2连接而成(图2)，其中R7＝2～10KΩ，C2＝20～100μF，电压跟随器IC5的“+”向输入端与电压比较器IC4的“-”向输入端并联于电压放大器输出端，电压跟随器IC5的“-”向输入端、电压比较器IC4的“+”向输入端、电容C2的正极与三极管BG1的发射极并联于A/D模数转换电路的输入端，三极管BG1的基极与集电极短接后连于电压跟随器IC5的输出端，而其发射极通过电容C2接地，电压比较器IC4的输出端通过二极管与电阻R7接三极管BG2的基极，三极管BG2的集电极接模数转换电路输入端，而其发射极则接地，电容C2两端间联有开关K1，三极管BG2发射极与基极间串联有电阻R7与开关K2。三极管BG1能防止电容C2反向放电，还与C2构成一个积分电路，能起延时作用。K2为按键开关，是显示键，处于闭合状态时，三极管BG2的集电极为高电平，芯片IC1进行模数转换；K2断开后，BG2受控于电压比较器IC4，根据电压峰值进行控制。按键开关K1为复位键，断开时，电容C2充电，电路正常工作；闭合时，C2放电，显示零值。显示器(8)、指示灯(9)、显示键(10)、电源开关(11)均安装在固定于基座(6)的机壳(7)上(图3)。检测抗压强度时，打开开关(11)，接通电源；将一粒试料(3)放在仪器下压头砧面上；按下复位键K1，使显示器(8)显示0.00；然后使加压机构驱动上压头(2)不断增大对试粒的压力P，此力P通过下压头(4)作用于压力传感器(5)后变为电压信号V1。V1输入电压放大器被放大为电压V2。V2直接作用于电压比较器1C4的“-”向输入端和电压跟随器IC5的“+”向输入端，通过IC5及BG1对电容C2充电，在C2二端得到电压V2′。随着力P不断增大，V1及V2同步增大，V2′亦随之增大，但略滞后，故在试粒受最大负荷破碎前，V2＞V2′，比较器IC4输出端为低电平，K2处于闭合状态，BG2不导通，A/D模数转换芯片IC1的脚9为高电平，连续进行模数转换，输入数字显示电路，显示压力P值不断增大。直到试粒受压破碎瞬刻，P值陡减，V1、V2值亦同步锐减。此刻V2＜V2′，电压比较器IC4输出端变为高电平，三极管BG2导通，使IC1之脚9接地，由高电平变为低电平，这就使压力峰值得到了检出、锁存和显示。这样就测定了一颗试粒的抗压强度，即单颗粒(缓慢加压时)抗静压或(冲击加压时)抗冲击的最大负荷。按上述相同程序测录40颗试粒的抗压强度后，即可算得该试料的统计抗压强度。利用三种强度金刚石作试料，在本测定仪和台秤式静压仪上作对比测试表明测定结果非常一致。
因此，本测定仪与现有技术相比具有下列优点机械结构尺寸小、重量轻，电气部分以压力峰值检锁电路实现电压峰值的检出、锁存，避免了现有技术以单片机利用软件实现检锁所需要的复杂电路系统，所以结构简单，尺寸约小75％，重量约轻80％，成本约低50％，便于携带，适合脆性粒料抗压强度现场检测使用。
图1是本实用新型测定仪的结构框图。
图2是图1所示测定仪的电路原理图。
图3是本实用新型测定仪的外观图。
实施例脆性颗粒材料抗压强度测定仪由杠杆加压机构、压力传感器(5)、电压放大器、压力峰值检锁电路、A/D模数转换电路和数字显示电路安装连接而成(图1)。杠杆加压机构具有基座(6)、铰接在基座上的压杆(1)、固接于压杆(1)的上压头(2)、固定于基座的压力传感器(5)和在上压头正下方平置于传感器上表面的下压头(4)，上压头(2)和下压头(4)均由硬质合金制造。压杆(1)长19CM，在受P力作用时，能绕铰点转动，并带着上压头(2)对放于下压头顶面的待测颗料(3)缓慢施压或冲击加压。压力传感器(5)为电阻应变片式传感器，能将所受机械压力转变为电压信号V1，并由其输出端输入电压放大器。电压放大器、A/D模数转换电路和数字显示电路均具有相应的普通结构型式。电压放大器输入端连接于压力传感器输出端，其输出端连接于压力峰值检锁电路的输入端。压力峰值检锁电路由TL062型电压比较器IC4与电压跟随器IC5、9013型三极管BG1与BG2、一个4148型二极管、R＝5KΩ的电阻R7、C＝50μF的电容C2和按键开关K1、K2连接而成(图2)，其输入端连接于电压放大器输出端，而二个输出端则相应连接于A/D模数转换电路芯片IC1的脚3、9和R10。三极管BG1能防止电容C2反向放电，还与C2构成一积分电路，能起延时作用。按键开关K1为复位键，断开时，C2充电，电路正常工作；闭合时，C2放电，显示零值。K2为显示键，闭合时，BG2之集电极为高电平，芯片IC1进行模数转换；断开时，BG2受控于IC4，根据电压峰值进行控制。A/D模数转换电路采用14433型芯片IC1，能对检锁电路输来的电压信号作模数转换，然后输入与其输出端连接的数字显示电路。数字显示电路采用数码管作显示元件。按前述程序测定脆性颗粒的抗压强度，只要缓慢或冲击下压压杆(1)，就能使试粒(3)受到静压力或冲击压力作用，这些作用力P通过下压头(4)传给压力传感器(5)被转变为电压信号V1，进而输入电压放大器放大为V2，然后输入压力峰值检锁电路实现峰值电压的检出与锁存，继而输入A/D模数转换电路转变为数字信号，最后由数字显示电路的数码管显示出该试料的抗静压或抗冲击强度。对各种金刚石试料进行静压强度测定表明，本测定仪的视值误差不超过1N，完全能满足工业应用需要。本仪器尺寸仅20×10×4CM，重量约1.5KG，成本约台秤式静压仪之50％，特别适合于各种脆性颗粒材料抗压强度的现场检测使用。
权利要求1.一种脆性颗粒材料抗压强度测定仪，具有机械加压机构、压力传感器、电压放大器、A/D模数转换电路和数字显示电路，其特征在于在电压放大器与A/D模数转换电路间设有压力峰值检锁电路，以检出并锁存压力峰值，且该电路由电压比较器IC4、电压跟随器IC5、三极管BG1、BG2、一个二极管、电阻R7、电容C2及开关K1、K2连接而成，其中电压跟随器IC5的“+”向输入端与电压比较器IC4的“-”向输入端并联于电压放大器输出端，电压跟随器IC5的“-”向输入端、电压比较器IC4的“+”向输入端、电容C2的正极与三极管BG1的发射极并联于A/D模数转换电路的输入端，三极管BG1的基极与集电极短接后连于电压跟随器IC5的输出端，而其发射极通过电容C2接地，电压比较器IC4的输出端通过二极管与电阻R7接三极管BG2的基极，三极管BG2的集电极接模数转换电路输入端，而其发射极则接地，电容C2两端间联有开关K1，三极管BG2发射极与基极间串联有电阻R7与开关K2。
2.根据权利要求1所述之测定仪，其特点在于压力峰值检锁电路之电阻R7＝2～10KΩ，电容C2＝20～100μF，A/D模数转换电路的芯片IC1为14433型。
专利摘要一种金刚石等脆性颗粒材料抗压强度测定仪，特点是压力峰值检锁电路由电压比较器IC4、电压跟随器IC5、三极管BG1、BG2、二极管、电阻R7、电容C2及开关K1、K2连接而成，其中IC5正向输入端与IC4负向输入端并联于电压放大器输出端，IC5负向输入端、IC4正向输入端、C2正极与BG1发射极并联于模数转换电路输入端，能检出并锁存压力峰值，数显试料抗压强度值，结构简单，尺寸小，重量仅1.5KG，成本低50％，适作便携式抗压强度现场检测仪。
文档编号G01N3/30GK2249408SQ9522379
公开日1997年3月12日 申请日期1995年10月9日 优先权日1995年10月9日
发明者周波, 陈文平, 麻金凤 申请人:机械工业部郑州磨料磨具磨削研究所