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萬能材料試驗機荷載量數字測量儀表

發布時間:2019-08-28 22:06:51 | 點擊:0

萬能材料試驗機荷載量數字測量儀表

目前,液壓擺式玩鞥試驗機的應用十分普遍,但這類試驗機都是通過測力表盤來定量的顯示整個試驗過程的載荷值。一些重要的數據屈服極限,都是在測量過程中由實驗人員目測出來的。除了指針儀表觀察不便,材料參數的分布差異造成試驗過程不能及時預料,都有可能造成試驗數據的一定偏差。

使用單片機不僅可以實現測量顯示的數字化,還可以通過單片機的存儲器記憶重要的參數,以備試驗結束後統計相關的實驗數據。

1.測量儀表設計原理

以最典型的低碳鋼拉伸試驗為例,試驗通常用φ10×L100低碳鋼标準試件。其拉伸曲線如圖1.OA段為線彈性範圍,在線彈性範圍内邊形量很小,需要對該段内的載荷值有較高的測量精度。進入屈服階段(過B點)後,變形迅速增加,但載荷幾乎不增加,進入強化變形階段(過C點)後。載荷又增加直至拉斷,這一段要求有足夠大的量程。對于φ10×L100低碳鋼标準試件。拉斷時的最大載荷值一般不超過45KN.若使用30頓的試驗機選用滿量程為150KN的表盤載荷檔,選用該量程時,測力度盤的每刻度為0.5KN,可估讀到0,25KN,載荷數字式測量儀表不僅要定量地測量出變形過程中的載荷量。而且顯示精度至少不得低于0.25KN設計滿量程為60KN。

試驗機工作過程中,通過給主機工作缸加油,将荷載施加到試件上,同時工作油缸用過油管與測力油缸連接,将主油缸中的壓力值傳送到測力油缸中,然後通過機械裝置帶動測力表盤中的指針運動,以顯示工作荷載值,将壓力傳感器與測力油缸連接,即可測得到相應的荷載變化。儀表設計的整體框圖如圖2。

2.傳感器的工作及選用

在整個測量過程中,對彈性範圍要求有足夠的測量精度,對屈服以後要求有足夠大的量程,一般的傳感器不僅其精度與量程無法兼顧,就是信号處理過程也過于複雜。經比較,選用了現蘭華傳感器廠生産的電感調頻式傳感器.

該傳感器原理框圖如圖3.其工作原理為,傳感器壓力膜受到油壓力而發生位移,帶動鐵芯在線圈内移動,引起磁導率變化,使

磁阻變化從而引起電感變化,最終造成諧振頻率變化。由此将輸入的壓力量轉變為電信号的頻率輸出量。

該傳感器最大的優點在于輸出的頻率信号式數字信号,因而省去了一般模拟傳感器需要的精密放大器及一數轉換的電路。尤其适合單片機處理。由于将壓力轉變為較高的頻率信号,所以該傳感器具有較高的精度,其量程也有多檔規格可供選用。非線性誤差一般在0.5%以下,由于輸出數字信号。故在幹擾能力也遠優于模拟信号傳感器。

3.接口電路及單片機

單片機選用AT89C2051型。單片機在數據采集時,采樣速率與精度有矛盾,對于軸向拉亞試驗,因要求緩慢加載,故采樣速度要求并不高,但在線彈性範圍内,對采樣精度要求很高。因此首選需要較高的精度,其次才是盡可能快的采樣速率,為此在信号進入單片機外部中斷口之前進行了周期倍增處理。以提高測量精度。

單片機隻需将頻率脈沖在信号周期内進行計數,即可 測量出其代表的載荷值,用單片機作定時及其測量程序的方法已有多種資料介紹,不複贅述。

其他設置的功能有;

(1)置零;可任意設置相對測量零點,不僅便于讀數更重要的是,避免了零點擾動造成的測量偏差。

(2)鎖定;可用與存儲重要的試驗值數據,如屈服極限點的載荷值

(3)恢複;可以在鎖定存儲了數據後任何方便的時候按恢複鍵重新讀取這些數據。再次按恢複按鈕時。儀表将繼續顯示正在測量的荷載值。其間單片機正在進行的測量在後台繼續進行。

如果需要進一步提高測量彈性變形段的精度及采樣速率,比較直接的方法是選用具有更高主頻的單片機,或提高傳感器的頻偏量。

結論;采用電感調頻式傳感器配合單片機可以構造一種成本較為低廉,結構較為簡單的儀表。并能在測試過程中記錄某些重要的試驗數據,由于荷載信号已經可以輸入到單片機中進行處理,所以 正當的曾江一些外圍電路,就可以控制增加載荷的電磁閥。使施加載荷的過程更平穩。從理論上講。電感調頻式傳感器輸出的數字信号可以傳送到PC機的RS232串口中。供PC機處理。若能将測壓力的電感調頻式傳感器與測位移的電感調頻式傳感器共同使用。同時測量出載荷與變形的二維數據,将載荷與位移數據對照觀察。效果将更好,若在PC機上處理載荷與位移二維信号後。不僅可以在屏幕上直接顯示這條試驗曲線,而且可以存儲全部載荷及變形數據并打印。