超聲波硬度計的精度

    隨著超聲波硬度計市場的發(fā)展，越來越多的生產(chǎn)企業(yè)開始接觸到超聲波硬度計。對于超聲波硬度計的精度、方法原理、使用范圍可以拿超聲波測厚來比照：卡尺能測厚的地方，超聲波測厚儀可以測，卡尺測不到的地方，超聲測厚儀也可以測。同樣道理，布絡維里可以打的，超聲波硬度計可以打，布洛維里不方便打或不適合打的地方，你都可以想起超聲波硬度計來。

    超聲波測厚儀是通過樣塊的已知厚度（這個已知厚度實際上也是事先由別的方式測得的）來確定某種材料的聲速，以后，只要是同種材料，直接測厚即可；

    而超聲波硬度計則是通過樣塊的已知硬度（這個已知硬度由臺式機事先測得）來確定某種材料的彈性模量（但并不需要知道確切的數(shù)，這一點，和測聲速有所不同），以后，只要是同種材料，直接打硬度即可。

超聲波硬度計的原理

    超聲波硬度計探頭中間是一根振動棒，振動棒的下端是一個維氏壓頭。開機時，振動棒產(chǎn)生超聲振動，當然，這個振動你肉眼是觀察不到的，但是，可以被固定在振動棒上的一組壓電晶片感應到，并由此計算出一個振動頻率。

    這時候，讓我們展開想象，把這根振動棒看做是一根彈簧，不斷地被壓縮、然后松開，也就是說，以一個固定的頻率震蕩著。

    當我們把這樣一根“彈簧"的尖端，就是那個維氏壓頭，緊緊地壓進材料表面，會出現(xiàn)什么情況呢？我們知道，材料有彈性模量，微觀上，振動棒這個“彈簧"就會把震蕩傳遞給材料的微觀晶粒，于是這些晶粒也開始震蕩，你同樣可以想象，這是又一根“彈簧"在震蕩。

    剛開始，這兩根“彈簧"的震蕩頻率并不相同，但逐漸地，它們會趨于同步，也就是說兩根“彈簧"連在一起后，會產(chǎn)生共振，（當然，這個“逐漸地"的過程很快，也就一兩秒鐘的事），于是，振動棒上的另一組壓電晶片監(jiān)測到了這個共振的頻率，這樣，振動棒初始的頻率和共振后的頻率的變化量也就可以被計算出來了。

    我們又知道，材料硬度越高，受力后的壓痕面積越小，硬度越低，壓痕面積就越大。這時，我們來看看下面的公式：

    式中，△f代表頻率變化量，Eeff代表彈性模量，A代表壓痕面積�！鱢=（Eeff，A），這個公式表示，△f與Eeff和A存在可計算的比例關系。而在前面講過，硬度值其實也是與力F和壓痕面積A存在可計算的比例關系，也就是圖中的HV=F/A。

    維氏機產(chǎn)生的壓痕本來就很小，而壓痕邊緣的判定是由人來觀察的，難免出現(xiàn)錯誤。而振動棒的壓痕就更小，但頻率卻可以借由電路的計算精確得到，于是，如果我們知道某種材料的彈性模量，又測得了頻率，那我們完全可以借助換算關系用△f與Eeff來表示A、而不用去測量壓痕直徑。

    這樣，如果力值事先設定（振動棒壓緊到材料表面，靠的就是壓緊彈簧——這是真的彈簧，而彈簧的壓緊力是可以事先設定的，這就是超聲波探頭有不同型號的緣故，其型號的不同，就是取決于彈簧壓緊力，有10N、20N，等等），那么，硬度值的公式完全可以轉(zhuǎn)化成：HV=F/（△f，Eeff），你看，根本不用費心去觀察壓痕了、也不用擔心“壓痕邊緣不清晰"所帶來的誤差了。

    超聲測硬度計的理論依據(jù)是毋庸置疑的，它也是評估力值和壓痕的關系，從這個角度講，它其實比里氏硬度計更符合傳統(tǒng)的力學測量概念。