砝码系统 (Dead Weight)

砝码系统

早在1900年,当使用金属硬度测试作为一种质量保证措施时(确切的钢硬度)砝码式硬度测试系统就被用于施加所需的试验力。原因很简单,砝码式硬度测试系统便宜且易于制造,且能满足当时硬度测试的精度要求。

然而,砝码系统的问题是试验力必须通过杠杆结构施加在试样上,并利用大量的活动部件得到最终的小压痕。将砝码系统产生的试验力转移到小的金刚石压头或球压头顶部是这很难实现,如进行洛氏HRC测试时需使用150kgf的主试验力。一个便携设备很难满足大尺寸和150kg的力,它要求设计者利用更小的砝码和杠杆来放大试验力。

对于进行3000kgf的布氏测量此问题会更为严重,同时,对于小力值硬度计,如需要达到1gf是,也是一个挑战。

杠杆需要支撑、导轨、轴承和其他产生摩擦的部件,这些部件会导致受力不稳定。

虽然这些偏差的源头可控,但系统中的任何摩擦最终都会产生不利影响,并在仪器的使用过程中越来越严重。同时,在砝码系统中很难控制试验力,因为要通过移动砝码得到所需的试验力,然而在没有过载或震荡的情况下是很难快速停止的。许多老的硬度计使用缓冲器(充油阻尼器)来控制,然而,缓冲器本身就存在如漏油,磨损,密封,温度影响等问题。因此,在后来的设计中,缓冲器被马达取代了。

尽管一些阻尼缺陷消除了,但快速测量的要求则对马达速度要求更严苛,所以,试验力过载和波动问题经常出现。电动砝码式硬度计的工作速度慢,不适合生产。一般认为,砝码系统的试验力是保持一致的,但这种假设很难实现。

因为最终施加的力是无法控制的,所以你可以称之为开环力加载系统。

砝码(开环)系统的优点:
– 制造简单
– 造价低
– 模拟系统,无需供电

砝码(开环)系统的缺点:
– 无法反馈实际的试验力
– 对温度和环境较敏感
– 测量重复性和再现性差
机械加载系统复杂且不便维修
– 机械结构易磨损
– 维护费用相对较高