布氏硬度计的单片机测控系统的研制

TaylorA

4 C+ I/ Z6 i/ @7 N# c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
; M; N3 R6 Z! E  n+ t" S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

  T  _+ K; T( w0 w1 L2 s布氏硬度计是金属材料常用的硬度测试装置,广泛
9 a$ P* ~% q4 B% m5 K0 _+ o+ ?* M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
杂,测量误差大,控制部分易损坏，而带有微机控制的新
. f7 p9 h& g# W: p6 x4 g型布氏硬度计价格.又较贵。基于上述原因，笔者用体积.
" b% V9 G2 r* J$ ?: |2 t+ H小价格便宜、功耗低且控制功能强的单片机,改造了旧
. T4 y/ P1 v+ B) Y, t% ~式布氏硬度计,取得了一定的成效。.
6 e7 D7 t5 E; b' `. Z9 B1布氏硬度计存在的问题及改造方案
3 }& F7 s. V8 z& b& h( S1.1 存在的问题
在布氏硬度计上测量硬
2 k! c, U, o  v9 n/ b度,其原理如图1所示,将一
% g1 C0 [& m! c' E9 D定直径(D)的钢球,以规定
# _: u$ `1 w0 o+ {的试验力(F)压入被测材料
表面,保持一定的时间,卸除
+ \9 G7 m& Q' ?6 v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
  ^/ s9 Z4 z+ w2 f% y+ N) D9 X# ?不太清晰,所以测出的d值存在人为误差。
  e' A  ?  c. pc.用机械的方式来进行定时和换向,所以定时不够
准确,也易损坏,不好维修。
1.2改造方案
a.只要精确地测出h值,就可直接
! M) c9 \$ `6 |* [求出硬度值。由于h值非常小，且对硬度值很敏感，所以
! `' l# K5 A6 h6 s1 E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
用高精度的A/D转换元件。
b.为了做到定时准确，将普通的布氏硬度计的加.
载定时控制机构全部去掉,直接采用单片机对电机进行
8 z9 \6 ~; T' y控制。
c.由于只需要改造- -台硬度计，同时考虑到时间和
系统的稳定性要求等,优先考虑购买符合测量控制要求
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
(10次/s)。
) T) t) |1 V# s2硬件的选择
: m9 i6 m2 j8 e6 N# O( ?" w' S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
" G) e1 B& c3 \7 c1 d3 x要求系统的精度和稳定性。8位单片机的价格低,应用
% |3 O' w7 \( {, ?% }2 W范围广，故选用MCS-51系列的单片机[1.21。根据数据
$ q. N6 z9 G6 o9 B9 y2 {采样精度要求，选取精度为12位的AD574模数转换芯
6 y# q2 d4 c. X$ i9 [片。控制板选用启东斯迈特计算机厂的LH-
MPU89C51。由于在测量材料硬度时.要提示输入- -些
7 y, j8 \) h+ g" a: `  S8 f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。
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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单片机改造旧式布氏硬度计