专利名称：硬度计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测试材料硬度的仪器，简称为硬度计，使用者利用该仪器可在被测材料特定表面进行精确的硬度测试。
背景技术：
常规的便携式硬度计一般由带支承平台的支承构架和装有压头杆的驱动装置组成，压头杆能滑动并对准支承平台使被测材料处于支承平台和压头杆之间的恰当位置。依据向压头杆施加一个定量力(例如60KG，100KG，150KG)并使压头压入材料表面来测定被测物质的硬度。力可分为预负荷和主预荷，先施加预负荷，然后施加主预荷，然后释放主负荷，并保持预负荷，此时根据在被测试表面的压痕深度来确定硬度。然而这种常规的硬度计有一些缺点。为了测试位于支承平台和压头之间的材料的硬度，被测试的材料必须有一个被测试的平面和支承平面，测试平面是用于压头测试，而支承平面是放在支承平台上，这两个平面必须是平整的而且是互相平行，所以这种硬度计不能测试不规则形状的测试材料，否则由于不平的测试表面和不平的支承表面会造成测试结果不准。
发明内容
本发明的目的是提供一种能提高测试结果准确性的硬度计，使用者在被测材料上选取有限的测试面，就可以精确的测得材料的硬度。
为了实现上述目的，本发明采取以下设计方案一种硬度计，包括一支承构架，支承构架内有一个空腔，空腔内有一个作轴向滑动并与空腔同轴的导向孔。
有一驱动丝杠，位于支承构架的空腔内。
带压头的压头杆，在导向孔内作轴向滑动，并与驱动丝杠处于同一轴线。
一线性位移装置，包括一个空腔，一个传动轴和一个位移传感器，传动轴用两个弹性膜片悬挂在空腔内，使传动轴在空腔内作轴向移动，两端分别与驱动丝杠和压头杆点接触，位移传感器安装在空腔和传动轴中间。
所述的支承构架有一个手持外壳，空腔就在其内，在外壳的上部安装可对驱动丝杠加载的驱动轮。在空腔内的线性位移装置可向外滑动，线性位移装置前端装有一个管状导向筒，管状导向筒内为导向孔，管状导向筒前端有可卡住被测材料测试面的外露边缘。
所述的管状导向筒端部外露边缘是一个平面，能够校准被测材料的测试表面，并引导压头杆的压头正确压入被测材料。
所述的能够传递来自驱动丝杠负载的传动轴有两个驱动端，一个驱动端与驱动丝杠点接触，另一个驱动端与压头杆点接触，传动轴就把来自驱动丝杠的力传递给压头杆。这种点接触机构，使传动轴仅能传递轴向力，不能传递横向分力，保证了测试精度。
它还包括有一个设置在空腔内的力传感器。力传感器与驱动丝杠同轴。力传感器的上端靠在螺母的臂上，力传感器的下端与钢球点接触，以消除力传递过程中的干扰，钢球固定在短轴上，短轴通过止推轴承同大齿轮相结合。以使力传感器能精确地测量施加在压头杆的压头的力。
它还包括有一个位于支承构架下方的保持架，保持架底部有一个支承平台，它能随着被测材料调整，使被测材料卡在导向孔端部的外露边缘与支承平台之间，并使被测材料的测试面与压头杆垂直。
所述的保持架有一保持臂和支承部件，保持臂呈L型，从支承构架延伸下来，支承部件有一个支承平台和一个球形底部，且浮动地安装在保持臂的下端。使支承平台自由的调整去适应被测材料。为了使导向孔端部外露边缘与支承平台之间保持一个距离，以适应被测材料的厚度，保持架与支承构架是可拆卸的，使用者可根据被测材料的厚度选择相应尺寸的保持架。
本实用新型的优点是1、本实用新型所提供的硬度计，其驱动丝杠与一个同轴的压头杆在一条直线上，传动轴与驱动丝杠和压头杆点接触，并把驱动丝杠的力传给压头杆，可有效减少由于驱动丝杠的侧向移动造成的测试误差。
2、本实用新型所提供的硬度计不需要被测材料有支承面，这就减少了由于被测材料因形状不规则造成的测试误差。
3、本实用新型提供的硬度计有一个位移传感器，能够通过电路测得压头杆的线性位移，这样，就能够更精确的测试被测材料的硬度。
4、本实用新型提供的硬度计，其位移传感器能借助于传动轴支承测得压头杆的线性位移，并能提高测试结果的准确性。
5、本实用新型提供的硬度计有一个相对于压头杆独立的力传感器，这个力传感器能精密地测量施加在压头的力。
6、本实用新型提供的硬度计有一个与支承平台融为一体的支架臂，它能调整被测材料的支承面的偏差，改善测试质量。本实用新型的设计可使支承平台能够任意调整以便适应不同被测材料的支承面，尽管被测物体表面不平整，这种硬度计照样能够测试。
7、本实用新型提供的硬度计是便携式的，易于使用。
图1-(a)为本实用新型结构示意图(剖面)图1-(b)为本实用新型外观图(侧视)图2为线性位移装置结构示意图(剖面)图3为电容传感器电路原理4为应变式力传感器的剖面5为应变式力传感器电路原理图具体实施方式
如图1、图2所示，本实用新型硬度计最佳实施如图所示，它适用于测试有一个测试面的被测物体1。
本硬度计包括一支承架10，支承构架内有一个空腔11，在空腔11内有一个作轴向滑动并与空腔11同轴的突出的导向孔12，驱动丝杠20位于支承构架10的空腔11中，带压头31的压头杆30在导向孔12内做轴向滑动并与驱动丝杠20处同一轴线，保证压头31能正确地压入测试材料1的测试表面。
本实用新型硬度计还包括一线性位移装置40，包括空腔43，传动轴41和位移传感器42，传动轴41用两个弹性膜片431，432悬挂在空腔43内，使传动轴41在空腔内作轴向移动，传动轴41两端分别与驱动丝杠20和压头杆30点接触，位移传感器42安装在空腔43和传动轴41中间。
根据本实用新型的首选最佳装置，支承构架10由金属类的钢性材料制作，支承构架有一个手持外壳13，空腔11就在其内，在外壳13上部安装可对驱动丝杠20加载的驱动手轮14，经小齿轮141，大齿轮16及大齿轮16的内螺纹，驱动丝杠20的外螺纹，将手轮14的旋转运动变成直线运动，使在空腔11内的线性位移装置40做直线运动，线性位移装置40前端装有一个管状导向筒15，管状导向筒15内为导向孔12，管状导向筒15前端有可卡住被测材料1测试面的外露边缘151。
所述的管状导向筒15端部外露边缘151是一个平面，能够校准被测材料1的测试面，并引导压头杆30的压头31正确地压入被测材料1，因此，仅要求被测材料1有一个很小测试平面，就足够管状导向筒15的端部外露边缘151对测试表面作必要的校准，以使压头杆30在管状导向筒15内的导向孔12内作轴向移动，这样压头31就能精确压入被测材料1的测试面并测定其硬度。
支承构架10内还有一个弹性原件17，它在导向孔12内，它的作用是使压头杆30处于正常的测试位置，当测试材料1时，它保证管状导向筒15的端部外露边缘151能紧密压在被测材料1的测试表面，并保证被测试材料1的测验试面与压头杆30垂直，根据本实用新型的首选最佳装置，弹性元件17为压缩弹簧，沿轴向安装于压头杆30上，它的两端分别是靠在压头杆30上及导向孔12的台阶上，促使压头杆30在导向孔12内作定向移动。
因此，当压头杆30的压头31被力推出导向孔12的外露边缘151并压入被测材料1的测试表面后，卸除压力，压缩弹簧17回弹，带动压头杆30回到导向孔12内。
如图2所示，传动轴有两个驱动端，一个驱动端411与驱动丝杠20点接触，另一个驱动端412与压头杆30点接触，这样，传动轴41就把来自驱动丝杠20的力传递给压头杆30，因此当实施压力给驱动丝杠20并使其向下移动时，通过传动轴41的作用，压头杆30也被驱动向下滑动，使压头31突出导向孔12外露边缘151，值得提及的是，当驱动轮14给驱动丝杠20施压时，驱动丝杠20可能产生不必要的横向分力，作为结果，这种横向分力对位移传感器42产生不必要的干扰，影响测试精度，这种点接触机构，使传动轴41仅能传递轴向力，不能传递横向分力，保证了测试精度。
如图2所示，所述的位移传感器42一个特定实施例是电容位移传感器。电容位移传感器由电容传感器电路421，两个固定电极422、423及一个活动电极424组成，三个电极分别与电容传感器电路电连接，电容传感器电路421被固定在空腔43的上方，固定电极422，423固定于空腔43的内壁，而活动电极424固定于传动轴41上，当传动轴41在空腔43内作轴向移动时，活动电极424在两个固定电极422，423之移动，并使电极间的电容发生变化，这种变化与传动轴41的位移成线性关系，电容传感器电路421，就是将这种电容变化调制成可采样的电信号。上述的位移传感器42也可是电感式位移传感器或者是其它型式位移传感器，这些传感器由现有技术可实现，此处不再一一详述。
值得提及的是，因为力是通过传动轴41传给压头杆30的，所以传动轴41的线性位移与压头杆30的位移是一致的，因此，只要探测到传动轴41的线性位移，也就是准确地测得压头31在被测材料1的测试表面的压痕深度。
如图1及图4所示，本实用新型硬度计还有一个设置在空腔11内的力传感器50，它与驱动丝杠20同轴。力传感器50的上端502靠在螺母18的臂上，而螺母18与支承构架10锁死，力传感器50的下端54与钢球162点接触，以消除力传递过程中的干扰，钢球162固定在短轴163上，短轴163通过止推轴承161同大齿轮16相结合，当对驱动丝杠20施压时，驱动丝杠20反作用力推动大齿轮16向上，经止推轴承161，短轴163及钢球162，将反作用力无干扰地传递给力传感器50，以使力传感器50能精确地测量施加在压头杆30的压头31的力。
如图4所示，所述的力传感器50一个特定实施例是应变式力传感器。应变式力传感器50由一个弹性壳体501，两支半导体电阻应变片52、53及应变式力传感器电路51组成，当钢球162对传感器50的下端54施压时，弹性壳体的膜片部分503将产生弹性变形，这种变形是同施力的大小呈线性关系，而半导体电阻应变片52，53就感应这种变化，而引起阻值的变化，应变式力传感器电路51，将这种阻值变化转变成能采样的电信号。上述的力传感器50也可是电容式力传感器或者是其它型式力传感器，这些传感器由现有技术可实现，此处亦不再一一详述。
本实用新型硬度计有一个位于支承构架10下方的保持架60，保持架60底部有一个支承平台601，它能随着被测材料1调整，使被测材料1卡在导向孔12端部的外露边缘151，并使被测材料1的测试面与压头杆30垂直，这样，压头杆30端部的压头31就能对准被测材料1的测试面。
如图1所示，保持架60有一保持臂和支承部件62，保持臂61呈L型。从支承构架10延伸下来，支承部件62有一个支承平台601，支承部件62浮动地安装在保持臂61的下端，因此，导向孔12端部的外露边缘151和支承平台601能很好地固定并校准被测材料1，使被测材料1的测试表面与导向孔12端部的外露边缘151紧密接触，并使被测材料1的测试表面与压头杆30垂直，这样压头杆30的端部压头31就能准确地压入被测材料1的测试表面。
因此，支承部件62有一个球形底部，且浮动地安装在保持臂61的下端，并使支承平台601自由的调整去适应被测材料。值得提及的是，为了使导向孔12端部外露边缘151与支承平台601之间保持一个距离，以适应被测材料1的厚度，保持臂61与支承构架是可拆卸的，使用者可根据被测材料1的厚度选择相应尺寸的保持臂61。
值得提及的是，常规的硬度计要求被测材料的测试面和支承面是平坦的且互为平行，但是，本实用新型提供的硬度计克服这些缺点，支承平台601可适应不同的测试材料1的支承面，例如，不规则形状的材料也能测试其硬度。
如图3所示的是本实用新型硬度计的电容传感器电路原理图，其中包括有振荡器(型号7555)、反向器(型号74HCO4)运算放大器U1a、U1b、U2a(型号AD823)，该电路的构成及工作原理由现有技术可实现，此处不再赘述。
图5所示的是本实用新型硬度计的应变式力传感器电路原理图，其中包括一个电阻电桥和一个传感器变换电路(型号为MAX1455)组成，该电路的构成及工作原理由现有技术可实现，此处不再赘述。
如图1-b所示，支承构架13上装有主电路10，将根据来自于本实用新型电容传感器电路的信号和来自应变式传感器的信号计算出所施压的力并显示在显示屏上，计算出所测得的硬度。该主电路的构成及工作原理由现有技术可实现，此处亦不再描述。
权利要求
1.一种硬度计，其特征在于它包括一支承构架，支承构架内有一个空腔，空腔内有一个作轴向滑动并与空腔同轴的导向孔；一驱动丝杠位于支承构架的空腔内；一力传感器于支承构架的空腔内.力传感器与驱动丝杠同轴；一带压头的压头杆，在导向孔内作轴向滑动，并与驱动丝杠处于同一轴线；一线性位移装置包括一个空腔，一个传动轴和一个位移传感器，传动轴用两个弹性膜片悬挂在空腔内，使传动轴在空腔内作轴向移动，两端分别与驱动丝杠和压头杆点接触，位移传感器安装在空腔和传动轴中间。
2.根据权利要求1所述的硬度计，其特征在于所述的支承构架有一个手持外壳，空腔就在其内，在外壳的上部安装可对驱动丝杠加载的驱动轮，在空腔内的线性位移装置可向外滑动，线性位移装置前端装有一个管状导向筒，管状导向筒内为导向孔，管状导向筒前端有可卡住被测材料测试面的外露边缘。
3.根据权利要求2所述的硬度计，其特征在于所述的管状导向筒端部外露边缘是一个平面。
4.根据权利要求1所述的硬度计，其特征在于所述的位移传感器，由电容传感器电路，两个固定电极及一个活动电极组成，三个电极分别与电容传感器电路电连接，当传动轴在空腔内作轴向移动时，活动电极在两个固定电极之间移动，并使电极间的电容发生变化，这种变化与传动轴的位移成线性关系，电容传感器电路就将这种电容变化调制成可采样的电信号。
5.根据权利要求3所述的硬度计，其特征在于所述的位移传感器，由电容传感器电路，两个固定电极及一个活动电极组成，三个电极分别与电容传感器电路电连接，当传动轴在空腔内作轴向移动时，活动电极在两个固定电极之间移动，并使电极间的电容发生变化，这种变化与传动轴的位移成线性关系，电容传感器电路将这种电容变化调制成可采样的电信号。
6.根据权利要求1所述的硬度计，其特征在于所述的能够传递来自驱动丝杠负载的传动轴有两个驱动端，一个驱动端与驱动丝杠点接触，另一个驱动端与压头杆点接触。
7.根据权利要求3所述的硬度计，其特征在于所述的能够传递来自驱动丝杠负载的传动轴有两个驱动端，一个驱动端与驱动丝杠点接触，另一个驱动端与压头杆点接触。
8.根据权利要求5所述的硬度计，其特征在于所述的能够传递来自驱动丝杠负载的传动轴有两个驱动端，一个驱动端与驱动丝杠点接触，另一个驱动端与压头杆点接触。
9.根据权利要求1所述的硬度计，其特征在于它还包括有一个设置在空腔内的力传感器。力传感器与驱动丝杠同轴，力传感器的上端靠在螺母的臂上。力传感器的下端与钢球点接触，钢球固定在短轴上，短轴通过止推轴承同大齿轮相结合。
10.根据权利要求3所述的硬度计，其特征在于它还包括有一个设置在空腔内的力传感器。力传感器与驱动丝杠同轴，力传感器的上端靠在螺母的臂上。力传感器的下端与钢球点接触，钢球固定在短轴上，短轴通过止推轴承同大齿轮相结合。
11.根据权利要求5所述的硬度计，其特征在于它还包括有一个设置在空腔内的力传感器，力传感器与驱动丝杠同轴，力传感器的上端靠在螺母的臂上，力传感器的下端与钢球点接触，钢球固定在短轴上，短轴通过止推轴承同大齿轮相结合。
12.根据权利要求8所述的硬度计，其特征在于它还包括有一个设置在空腔内的力传感器，力传感器与驱动丝杠同轴，力传感器的上端靠在螺母的臂上，力传感器的下端与钢球点接触，钢球固定在短轴上，短轴通过止推轴承同大齿轮相结合。
13.根据权利要求3所述的硬度计，其特征在于它还包括有一个位于支承构架下方的保持架，保持架底部有一个支承平台。
14.根据权利要求5所述的硬度计，其特征在于它还包括有一个位于支承构架下方的保持架，保持架底部有一个支承平台。
15.根据权利要求8所述的硬度计，其特征在于它还包括有一个位于支承构架下方的保持架，保持架底部有一个支承平台。
16.根据权利要求12所述的硬度计，其特征在于它还包括有一个位于支承构架下方的保持架，保持架底部有一个支承平台。
17.根据权利要求13所述的硬度计，其特征在于所述的保持架有一保持臂和支承部件，保持臂呈L型，从支承构架延伸下来，支承部件有一个支承平台和一个球形底部，且浮动地安装在保持臂的下端，保持架与支承构架是可拆卸的。
18.根据权利要求14所述的硬度计，其特征在于所述的保持架有一保持臂和支承部件，保持臂呈L型，从支承构架延伸下来，支承部件有一个支承平台和一个球形底部，且浮动地安装在保持臂的下端，保持架与支承构架是可拆卸的。
19.根据权利要求15所述的硬度计，其特征在于所述的保持架有一保持臂和支承部件，保持臂呈L型。从支承构架延伸下来，支承部件有一个支承平台和一个球形底部，且浮动地安装在保持臂的下端，保持架与支承构架是可拆卸的。
20.根据权利要求16所述的硬度计，其特征在于所述的保持架有一保持臂和支承部件，保持臂呈L型，从支承构架延伸下来，支承部件有一个支承平台和一个球形底部，且浮动地安装在保持臂的下端，保持架与支承构架是可拆卸的。
全文摘要
一种硬度计，它包括支承构架；支承构架内有空腔和同轴的导向孔。有驱动丝杠，线性位移装置和力传感器位于支承构架的空腔内且同轴；线性位移装置的前端是管状导向筒，内有导向孔，带压头的压头杆在导向孔内作轴向滑动；管状导向筒端部有可卡住被测材料的测试面的外露边缘；线性位移装置内有空腔，传动轴和位移传感器，传动轴用两个弹性膜片悬挂空腔，两端分别与驱动丝杠和压头杆点接触，位移传感器安装在空腔和传动轴中间；保持架在支承构架下部。保持架有一个支承部件，且浮动地安装在保持臂的下端。支承部件有一个支承平台和一个球形底部，保持架与支承构架是可拆卸的，以适应不同被测材料的厚度。
文档编号G01N3/42GK1624449SQ20041008101
公开日2005年6月8日 申请日期2004年9月30日 优先权日2003年12月1日
发明者吴绍明 申请人:吴绍明