Przeszukaj dokumentację
Obciążenie bezpośrednie (obciążniki)
W twardościomierzach starszego typu siłę obciążającą przykładano do badanych próbek za pomocą obciążenia bezpośredniego (obciążników). Oznacza to, że za pomocą bezpośrednio działającej masy przykładana jest określona siła badawcza. Siłę obciążającą często można regulować za pomocą mechanizmu dźwigniowego lub poprzez zmianę obciążników.
W przypadku metod opartych na pomiarze różnić głębokości (np. twardościomierze Rockwella), przyłożenie siły wstępnej i głównej odbywa się poprzez połączenie dodatkowych obciążników dla siły głównej.
Twardościomierze realizujące siłę docisku przy pomocy obciążników są zwykle wyposażone w elementy tłumiące, aby móc przykładać siły testowe bez wstrząsów. Niestety pomimo tego nieunikniony jest chwilowy skok przykładanej siły powyżej żądanej siły obciążającej (patrz rys. 1). Ponadto na pomiary w stosunkowo duży wpływ mają wibracje i wstrząsy.
Obciążenie bezpośrednie (sprężyny)
Niektóre twardościomierze, szczególnie urządzenia przenośne (np. klamrowe twardościomierze Rockwella), do przykładania siły badawczej wykorzystują obciążenia bezpośrednie realizowane przez system sprężyn. Oznacza to, że określona siła badawcza nie jest przyłożona za pomocą bezpośrednio działającej masy (obciążników), ale za pośrednictwem sprężyny, dzięki czemu siła pozostaje stała i nie można jej zmienić. Zaletą tego systemu jest jego niewrażliwość na drgania w porównaniu z bezpośrednio działającymi masami (obciążnikami).
Obciążenie w układzie zamkniętym – ogniwo obciążnikowe
Ogólnie rzecz biorąc, system sterowania w układzie zamkniętym (pętla zamknięta, ang. „closed loop”) służy do doprowadzenia określonej wielkości fizycznej (zmienna regulowana, r) do żądanej wartości (wartości zadanej, s) i utrzymania jej na tym poziomie poprzez pomiar i regulację wartości rzeczywistej (i). Pętla zamknięta w sposób ciągły wykonuje zadania pomiaru, porównania i regulacji.
W celu wykonania zadania kontrolnego należy zmierzyć wartość rzeczywistą za pomocą urządzenia pomiarowego, a następnie porównać z wartością zadaną i w przypadku jakichkolwiek odchyleń wyregulować siłownikiem. Rzeczywista wartość zmiennej sterującej jest mierzona za pomocą urządzenia pomiarowego. Następnie określana jest różnica między wartościami rzeczywistymi i zadanymi. Jest to opisane jako odchylenie regulacji (e = s – i) i reprezentuje rzeczywistą zmienną wejściową dla regulatora. Na podstawie funkcji przenoszenia, sterownik oblicza parametr sterujący (u), który steruje siłownikiem, który jest częścią toru sterowania. W konsekwencji ścieżka sterowania jest częścią całego systemu, na którą ma wpływ sterownik. Rozpoczyna się w punkcie zadziałania (w pozycji, w której siłownik ingeruje w łańcuch działań) i kończy się w punkcie pomiarowym (w pozycji, w której mierzona jest zmienna sterująca). Proces regulacji wyzwalany jest przez zmianę wartości zadanej lub na skutek zakłócenia. Zakłóceniem może być na przykład nagła zmiana temperatury otoczenia. Zmienna powodująca zaburzenie nazywana jest zmienną zakłócającą (z). Każda zmiana zmiennej zakłócającej prowadzi do zmiany wartości rzeczywistej, co z kolei uruchamia proces sterowania, który przywraca system do pożądanego stanu.
W przypadku twardościomierzy układ sterowania w pętli zamkniętej do przykładania siły mógłby zatem wyglądać następująco (patrz ilustracja):
Obecnie większość nowych urządzeń (m.in. twardościomierze Vickersa czy twardościomierze Brinella) korzysta z technologii ogniw obciążnikowych w układzie zamkniętym ze względu na większą precyzję sił obciążających oraz mniejszą podatność na czynniki zewnętrzne. Technologia ta ułatwia też konstrukcję urządzeń wielofunkcyjnych (tzw. twardościomierze uniwersalne), które pozwalają na pomiar twardości różnymi metodami za pomocą jednego urządzenia.