布氏硬度计的单片机测控系统的研制

TaylorA

$ D1 A' k2 {4 g4 V3 D2 [( T摘要:介绍了用单片机改造旧式布氏硬度计。改造后的布氏硬度计可精确控制加载延时和电机的
正反转,并可方便地实现数据采样、数据处理、键盘控制和数字显示,从而提高了测量精度和速度。
关键词:布氏硬度计;单片机;数据采样;数据处理
; X: d; C0 i. `5 [8 _$ H
% e/ c) f+ Z1 s% P: m2 T5 I布氏硬度计是金属材料常用的硬度测试装置,广泛
应用于机械制造、冶金以及教学和科研等。目前使用较
多的是老式布氏硬度计,其不能直接读数,测量过程复
6 c& z7 w/ i9 k1 L) S6 `5 S杂,测量误差大,控制部分易损坏，而带有微机控制的新
型布氏硬度计价格.又较贵。基于上述原因，笔者用体积.
小价格便宜、功耗低且控制功能强的单片机,改造了旧
7 |) J, b$ n7 o4 x" Z式布氏硬度计,取得了一定的成效。.
1 k7 _1 C5 T/ e( l1布氏硬度计存在的问题及改造方案
9 n- ?0 n4 m$ V1.1 存在的问题
8 M' }6 D4 N& z6 ^' m  p在布氏硬度计上测量硬
% G5 V5 F8 E1 \, j0 G度,其原理如图1所示,将一
7 D7 K/ x! O5 X  M4 A$ C, E1 v定直径(D)的钢球,以规定
的试验力(F)压入被测材料
表面,保持一定的时间,卸除
载荷后,测得压痕直径(d),
再用公式求得布氏硬度值。
现存在如下问题:a.压痕直径d值由读数显微镜测出，而压痕往往
; ~* v) U' p- T$ z9 c不太清晰,所以测出的d值存在人为误差。
c.用机械的方式来进行定时和换向,所以定时不够
* w( I1 m1 `& C5 @( s准确,也易损坏,不好维修。
# y; q; P% v+ K1.2改造方案
8 m6 [- i+ O$ c0 J5 n9 Fa.只要精确地测出h值,就可直接
求出硬度值。由于h值非常小，且对硬度值很敏感，所以
* ?) K  A. }0 q5 f) H! E+ k8 R2 @要求测量的精度比较高、因此需要采用精度高.短行程
的位移传感器.同时模拟量的采样精度要求也高,需采
" f5 C# y- z" P$ Q( b! |) A用高精度的A/D转换元件。
; a1 i( O4 ]4 t% W+ G$ O9 k$ x2 sb.为了做到定时准确，将普通的布氏硬度计的加.
- l5 M; N. [: R$ Q- o载定时控制机构全部去掉,直接采用单片机对电机进行
- k& w$ W% g' n" ?1 t% a! {控制。
c.由于只需要改造- -台硬度计，同时考虑到时间和
  C6 L8 U  |3 T& z! Y  P) M1 N系统的稳定性要求等,优先考虑购买符合测量控制要求
# i. K4 Q, D/ k% Z的成熟单片机硬件系统。
d.为了消除测量过程中的偶然错误.在进行位移
采样时,对起始和终止位置应分别使用采样的平均值
1 j1 l+ K5 g3 {' G- Y- l: S(10次/s)。
- V1 {& O9 U0 f% S7 Y' h- d2硬件的选择
" z6 M- |5 P7 Z. s3 V/ }) \0 X根据所设计的测量系统的具体情况看，并非要求系
统处理大量的数据,且要求的控制功能较简单,主要是
要求系统的精度和稳定性。8位单片机的价格低,应用
( m/ x5 M; ?! J3 b. r范围广，故选用MCS-51系列的单片机[1.21。根据数据
. ?5 O, g. A$ ^: c6 W采样精度要求，选取精度为12位的AD574模数转换芯
片。控制板选用启东斯迈特计算机厂的LH-
MPU89C51。由于在测量材料硬度时.要提示输入- -些
参数和显示材料硬度值,所以还需要显示板、键盘及-一
些必要的硬件配置。
1 ]7 K; b- }5 }3 L& N为控制加载电机的正反转，系统扩展了继电器控制
电路及光电隔离电路。

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8 ?1 d) \+ U8 X" H- n附件下载：
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单片机改造旧式布氏硬度计