萬能材料試驗機數(shù)字化改造畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要2</b></p><p><b>　　第一章緒論6</b></p><p>　　1.1研究目的與意義6</p><p>　　1.2國內(nèi)外研究動態(tài)及現(xiàn)狀分析7</p><p&

2、gt;　　1.3 內(nèi)蒙古科技大學(xué)WE-600液壓萬能材料試驗機現(xiàn)狀8</p><p><b>　　1.4本章小結(jié)9</b></p><p>　　第二章WE-600液壓式萬能材料試驗機裝置介紹9</p><p>　　2.1 WE-600型液壓試驗機現(xiàn)存主要問題及改造的必要性9</p><p>　　2.2 WE-60

3、0型液壓試驗機的構(gòu)造及原理11</p><p>　　2.2.1液壓式萬能材料試驗機的結(jié)構(gòu)11</p><p>　　2.2.2液壓萬能試驗機工作原理13</p><p>　　2.3 WE一600型液壓試驗機的技術(shù)性能14</p><p>　　2.4本章小結(jié)15</p><p>　　第三章WE一600液壓式萬能材

4、料試驗機數(shù)字化改造15</p><p>　　3.1主要改造內(nèi)容15</p><p>　　3.2系統(tǒng)總體方案設(shè)計16</p><p>　　3.2.1測試方案比較16</p><p>　　3.2.2設(shè)計原理19</p><p>　　3.2.3 升級改造中所要解決的關(guān)鍵問題21</p><p&

5、gt;　　3.3硬件設(shè)計25</p><p>　　3.3.1壓力變送器26</p><p>　　3.3.2電子引伸計27</p><p>　　3.3.3位移傳感器器30</p><p>　　3.3.4控制裝置的選擇36</p><p>　　3.3.4.4VT一5005BS型電液比例控制器43</p&g

6、t;<p>　　3.3.5油泵電機控制44</p><p>　　3.3.6數(shù)據(jù)采集卡設(shè)計45</p><p>　　3.3.7干擾分析與抗干擾措施60</p><p>　　3.4軟件設(shè)計64</p><p>　　3.4.1系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺和工具選擇65</p><p>　　3.4.2 功能模塊設(shè)計

7、要求66</p><p>　　3.4.3容錯處理71</p><p>　　3.5本章小結(jié)71</p><p>　　第四章 結(jié)論與展望71</p><p><b>　　4.1結(jié)論71</b></p><p><b>　　4.2展望73</b></p>

8、<p><b>　　致謝74</b></p><p><b>　　參考文獻75</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著國內(nèi)外自動化水平的不斷提高，設(shè)備的智能化要求己成為目前科學(xué)領(lǐng)域中研究的主要目標，以往純粹的機械傳動的設(shè)備己不能適應(yīng)形式的需要。提出了機

9、一電一液三者相結(jié)的新型設(shè)備。液壓萬能試驗機技術(shù)在國內(nèi)外得到了迅猛發(fā)展，新型試驗機自動化水平高，操作簡便，可靠性高，穩(wěn)定性好。除了控制系統(tǒng)外，還采用高精度力與位移測量系統(tǒng)及計算機采集處理等技術(shù)，在功能上大大超過以前的試驗機，尤其在測試精確度方面是舊式材料試驗機無可比擬的，能夠滿足用戶多方面測試的要求。</p><p>　　新式的試驗機無論在功能上還是在外觀方面都深受使用者喜愛，然而其昂貴的價格卻使人望而生畏。舊式的

10、試驗機雖然在操作上比較落后體積也比較龐大，但其操作方便，油壓系統(tǒng)耐用，使用壽命較長，容易使用，這就使許多試驗機使用者希望在原設(shè)備基礎(chǔ)上進行升級改造，不但大大節(jié)約投資成本，在測試精度方面也能得到滿足。</p><p>　　我校的WE-600液壓式萬能材料試驗機主要用于實驗教學(xué)工作，每次的實驗數(shù)據(jù)處理較煩瑣，誤差也較大。但設(shè)備其它功能完好，操作方便，丟掉太可惜。希望能在原基礎(chǔ)上改進，最大程度上發(fā)揮其功能。不但節(jié)約了成

11、本，并讓參與改造者提高自身的技術(shù)水平，有利于高校師資力量的提高。從教學(xué)效果上來，學(xué)生既能受到現(xiàn)代控制理論學(xué)習(xí)，而且能加強對基礎(chǔ)知識點的掌握。本篇論文中就對舊式的液壓式萬能材料試驗機進行智能化改造做了論述。介紹了改造試驗機的必須的條件，相關(guān)傳感器的選擇及應(yīng)用，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成以及試驗數(shù)據(jù)的處理方法等等。該系統(tǒng)的改造除保留了原有的手動加載部分，另增加了一條支路，用電液比例閥來控制試驗機的加載速率。這樣既可以手動操作又能實現(xiàn)自動化控制。在進

12、油管處增加高精度壓力傳感器，用來檢測系統(tǒng)的壓力;并且用了位移測量系統(tǒng)及計算機采集處理等技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集、分析和處理。在數(shù)據(jù)采集上，采集速度快、測量精度高;在數(shù)據(jù)分析上，考慮得更加周全;在數(shù)據(jù)處理上，具有智能交互、圖文并茂的特點，能以數(shù)值顯示、圖表、曲線等多種方式表現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)，并可根據(jù)教學(xué)要求對實驗數(shù)據(jù)進行各種分析與處理。讓試驗機在信號檢測、數(shù)據(jù)處理方面更</p><p>　　關(guān)鍵詞:液壓式萬能材料試驗機;

13、測試;傳感器;數(shù)據(jù)采集;處理</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the advance of automatization at home and abroad，the request of intelligent of equipment becomes the main aim scientific researc

14、h. The pure mechanism transmission equipment can’t fit the need of the situation，so of Electro一hydraulic.The teachnic the new equipment consist hydraulic pressure omnipotence test machine has been developed at home and a

15、broad.The new test machine has merit of high automatization level，easy operation，high reliability and good stability.Besides the control system, th</p><p>　　The new test machine is welcomed on both aspects o

16、f function and appearance.But the high price make people hesitated.Although the old one is dropped behind on operation and has large cubage， it has merit of convenient operation，reliable oil press system and long life一sp

17、an which makes the users want to rebuild it.That not only save the cost，but also make satisfied on precision of testing.</p><p>　　The WE一600 hydraulic omnipotent material test machine is used in experimentat

18、ion and teaching.Dealing with the experiment data is complex.But the other function of the equipment is good，so it’s pity to take it away.To advance it not only save the cost but also develop the level of the modifier.On

19、 the hand of teaching effect，students can learn modern control theory and strengthen the mastery of basic knowledge.This thesis discuss about the rebuild of old hydraulic omnipotent material test machine</p><p

20、>　　Key words: hydraulic universal material testing machine;test: transducer；data collection;disposal</p><p><b>　　第一章緒論</b></p><p>　　1.1研究目的與意義</p><p>　　WE-600液壓式萬能材料試

21、驗機主要用于原材料的力學(xué)性能檢驗和對各種金屬、非金屬材料進行拉伸、壓縮、彎曲等試驗的實踐教學(xué)。目前，該設(shè)備依靠手動閥來加荷、卸荷，通過指針盤來讀取數(shù)據(jù)。測試手段落后，自動化程度不高，要得到最終的實驗數(shù)據(jù)還得靠人工測量計算。精度較低，檢測出的部分力學(xué)性能指標達不到國家對金屬材料的檢驗標準。不適合現(xiàn)代試驗機發(fā)展要求。為提高設(shè)備的智能化水平，在原基礎(chǔ)上進行升級改造。利用傳感技術(shù)和數(shù)據(jù)采集技術(shù)，由微機對數(shù)據(jù)進行自動處理和打印輸出。建立一套微機自

22、動測試系統(tǒng)。所建立的測試系統(tǒng)自動采集壓力、位移信號，并對其分析和處理，最終繪制出整個試驗過程的多種試驗曲線，并按報告的格式將結(jié)果打印出來。在論文中對改造后的WE-60液壓萬能材料試驗機這套微機測試系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)進行了詳細論述。這就是論文選題的目的。</p><p>　　新式的試驗機無論在功能上還是在外觀方面都深受使用者喜愛，然而其自動化程度高，操作簡單容易，并不很適合教學(xué)中對學(xué)生知識點的培養(yǎng)。而舊式的試驗機雖然自動

23、化程度較低，體積也比較龐大，但其操作方便，油壓系統(tǒng)耐用，使用壽命較長，容易使用，在精度要求不高的情況下對材料進行性能檢測仍能滿足用戶的需要。這就使許多試驗機使用者不忍舍棄舊設(shè)備，而更傾向于在原設(shè)備基礎(chǔ)上按需要做一些技術(shù)改進，來提高其自動化水平。于是在90年代初，我國已開始利用微機和傳感器技術(shù)對舊式的材料試驗機及監(jiān)測等設(shè)備進行技術(shù)改造，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集、分析和處理。提升舊式的試驗機設(shè)備的技術(shù)含量，符合現(xiàn)代</p><

24、p>　　設(shè)備智能化水平的需要，是一條經(jīng)濟有效的途徑。特別高等院校完全可以利用現(xiàn)有的技術(shù)條件，充分發(fā)揮人才優(yōu)勢，實現(xiàn)舊設(shè)備的升級改造。不但節(jié)約資金，提高設(shè)備利用率，而且有利于教學(xué)開發(fā)。因為改造的各個環(huán)節(jié)都是直觀的，其中包含了機械、檢測、計算機應(yīng)用及自動控制學(xué)科內(nèi)容，這對這些專業(yè)的學(xué)生提供了很好的實踐學(xué)習(xí)的機會。直接購買成品是不可能達到這種效果的。因此，利用各技術(shù)環(huán)節(jié)啟發(fā)學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生計算機應(yīng)用能力，是適應(yīng)社會發(fā)展需要;將舊式的液壓式

25、萬能材料試驗機進行智能化改造，也是迎合目前國內(nèi)外的試驗機面向智能化、準確化，操作簡便，穩(wěn)定可靠趨勢的發(fā)展需要。通過這種改造，還可以大大提高參與人員的技術(shù)水平，有利于學(xué)院師資力量的提高。從經(jīng)濟的角度來說，極大的節(jié)約了成本。購買新設(shè)備需要十幾萬，而升級改造估計不過四五萬元。還提高了舊設(shè)備的利用率。所以，舊設(shè)備的升級改造是許多單位特別是大專院校積極推廣的方式。</p><p>　　1.2國內(nèi)外研究動態(tài)及現(xiàn)狀分析<

26、/p><p>　　隨著國內(nèi)外自動化水平的不斷提高，設(shè)備的智能化要求已成為目前科學(xué)領(lǐng)域中研究的主要目標，以往純粹的機械化設(shè)備已不能適應(yīng)形式的需要。近年來國內(nèi)外液壓萬能試驗機技術(shù)迅猛發(fā)展，除了控制系統(tǒng)外，還采用高精度力與位移測量系統(tǒng)及計算機采集處理等技術(shù)，在功能上大大超過以前的試驗機，尤其在大負荷上液壓萬能試驗機及各種壓力試驗機具有更大優(yōu)勢。試驗機發(fā)展正朝著自動化水平高，在操作簡便，可靠性高，穩(wěn)定性好方向發(fā)展 日本

27、島津UEH型及美國STEX公司的HVL型液壓萬能試驗機均采用電液伺服閥控制雙向油缸，負荷、變形、位移控制均實現(xiàn)電液伺服閉環(huán)控制，同時具有電子測量和計算機數(shù)據(jù)處理功能。</p><p>　　西德申克公司UPM液壓式萬能材料試驗機其控制原理采用由速度控制器控制力矩電機，從而帶動壓力控制施加負荷，并具有速度電流反饋，是一種傳統(tǒng)的控制方式。</p><p>　　在國內(nèi)濟南試驗機廠與其他廠家合作研究

28、500KN微機控制液壓萬能試驗機與日本島津產(chǎn)品相似，采用伺服閥控制。此外濟南試驗機廠已引進日本500KN的UDH型電液伺服閥式萬能試驗機。功能更加完善，數(shù)據(jù)精確度更高。這種微機控制電液伺服萬能試驗機，可對金屬、非金屬以及構(gòu)件進行拉伸、壓縮、彎曲、剪切、剝離、撕裂、低周循環(huán)、蠕變等試驗，可以滿足ISO, GB, JIS, ASTM,DIN等多種試驗方法及標準，整個試驗過程實現(xiàn)全自動化操作。測量控制系統(tǒng)采用計算機卡式設(shè)計，采用光電隔離集成電

29、路。具有抗干擾能力強，質(zhì)量可靠，</p><p>　　穩(wěn)定性高等優(yōu)點。同時還有自動調(diào)零，自動標定，自動換檔等功能，分辨率可達到1/100000，各種參數(shù)設(shè)置都由軟件完成，無人為調(diào)整環(huán)節(jié)，誤操作率低，所有操作根據(jù)屏幕提示，點擊鼠標即可完成，使用方便。還可以繪制多種試驗曲線，具有曲線數(shù)據(jù)存儲及曲線放大功能，有完整的數(shù)據(jù)庫軟件接口供用戶使用;維護簡單，需要軟件升級和微機聯(lián)網(wǎng)也非常方便。試驗機的夾具方面也做了相應(yīng)的改進，

30、將以往手動裝夾試樣改為液壓控制夾具，從根本上解決了試樣打滑、裝夾試樣困難的問題。試驗機的外觀更加小巧，操作環(huán)境干凈使人愉快。</p><p>　　新式的試驗機無論在功能上還是在外觀方面都深受使用者喜愛，然而其昂貴的價格卻使人望而生畏。舊式的試驗機雖然在操作上比較落后，體積也比較龐大，但其操作方便，油壓系統(tǒng)耐用，使用壽命較長，容易使用，在精度要求不高的情況下對材料進行性能檢測仍能滿足用戶的需要，這就使許多試驗機使用

31、者不愿意棄舊迎新。于是在90年代初，我國己開始利用微機和傳感器技術(shù)對舊式的材料試驗機及監(jiān)測等設(shè)備進行技術(shù)改造，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集、分析和處理，提升舊式的試驗機設(shè)備的技術(shù)含量，符合現(xiàn)代設(shè)備智能化水平的需要，是一條經(jīng)濟有效的途徑。通過對設(shè)備的改造，可以使參與者提高自身的技術(shù)水平，培養(yǎng)新型復(fù)合型</p><p><b>　　的人才。</b></p><p>　　綜上所述，將

32、舊式的液壓式萬能材料試驗機進行智能化改造，是迎合目前國內(nèi)外的試驗機發(fā)展面向智能化、準確化，操作簡便，穩(wěn)定可靠趨勢的需要。我校的WE-60液壓式萬能材料試驗機的智能化改造，保留了手動加載部分，增加高精度壓力與位移測量系統(tǒng)及計算機采集處理等技術(shù)，讓試驗機在信號檢測、數(shù)據(jù)處理方面更接近現(xiàn)代試驗機發(fā)展水平，形成一套試驗機微機測試系統(tǒng)。在論文中，將詳細論述試驗機微機測試系統(tǒng)。</p><p>　　1.3 內(nèi)蒙古科技大學(xué)WE

33、-600液壓萬能材料試驗機現(xiàn)狀</p><p>　　我院材料力學(xué)實驗室目前使用的WE-60液壓式萬能材料試驗機為傳統(tǒng)的試驗機，主要用于學(xué)院材料力學(xué)課程的實驗教學(xué)。該設(shè)備從購置使用至今?？渴謩诱{(diào)節(jié)油缸進油回油流量，從而控制活動鉗臺的升降速度。加載大小由帶讀數(shù)盤的指針指示，人工讀取數(shù)據(jù)。繪圖滾筒通過無彈性的細繩與活動鉗臺相連，能粗略地繪出力與位移的關(guān)系曲線。最終結(jié)果如材料的強度性能指標、延伸率和收縮率等需人工計算來得

34、到。雖然能夠完成材力實驗教學(xué)要求的基本實驗，但測試水平落后，誤差大。隨計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，材料力學(xué)性能的自動化測試已成為測試技術(shù)現(xiàn)代化的重要標志。現(xiàn)在生產(chǎn)的試驗機均已配置了計算機自動控制處理系統(tǒng)。高等院校基礎(chǔ)實驗設(shè)備的現(xiàn)代化裝備水平，應(yīng)該與廠礦企業(yè)、科研院所同步甚至超前，讓學(xué)生在實驗中得到計算機應(yīng)用能力的培養(yǎng)，這樣畢業(yè)后才能適應(yīng)工作崗位需求并有進一步發(fā)展的潛力。由于資金條件的限制，我院目前全面更新試驗機不太可能。因此在現(xiàn)有試驗機上，通

35、過添加數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計算機分析處理系統(tǒng)，而使試驗機得到升級改造，不失為一種有效的手段。保留了手動加載部分，增加高精度壓力與位移測量系統(tǒng)及計算機采集處理等技術(shù)[91，讓試驗機在信號檢測、數(shù)據(jù)處理方面</p><p><b>　　1.4本章小結(jié)</b></p><p>　　液壓式萬能材料試驗機的智能化是時代發(fā)展的需要，無論在企業(yè)還是學(xué)校多應(yīng)該適應(yīng)這種要求。由于各種原因許多

36、單位采用了在舊設(shè)備基礎(chǔ)上進行升級改造，既節(jié)約了成本又能從改造中獲益，而且能根據(jù)企業(yè)自身的特點和對設(shè)備的需求做改進，很靈活。這一章節(jié)主要闡述了液壓式萬能材料試驗機升級改造課題的產(chǎn)生背景以及改造的必要性，為后面的內(nèi)容做鋪墊。</p><p>　　第二章WE-600液壓式萬能材料試驗機裝置介紹</p><p>　　WE-600液壓萬能材料試驗機主要用于原材料的力學(xué)性能檢驗和對各種金屬、非金屬材料

37、進行拉伸、壓縮、彎曲等試驗的實踐教學(xué)設(shè)備。這篇論文主要是論述WE-600液壓萬能材料試驗機的數(shù)字化改造的過程，為了更好地闡述這個問題，在本這章節(jié)中對原來設(shè)備存在的主要問題、結(jié)構(gòu)原理、工作狀態(tài)及相關(guān)的性能作介紹。</p><p>　　2.1 WE-600型液壓試驗機現(xiàn)存主要問題及改造的必要性</p><p>　　目前試驗機存在的主要問題有:</p><p>　　(1)

38、測量精度低 該系統(tǒng)通過油泵輸出油液進入工作油缸，對試樣施加載荷;同時進入測力油缸，帶動聯(lián)動擺捶，用推桿推動測力讀盤指針，由讀數(shù)盤指針讀取數(shù)據(jù)。由于測力活塞與工作活塞的截面積之比，在試驗機校驗后已成為固定值，因此，測力指針能成正比地反映試樣載荷值。讀數(shù)盤最小精度為0.5 KN/格，且由人工讀取數(shù)據(jù)，導(dǎo)致測量精度低。</p><p>　　(2)無法定量控制加載速率 試樣加載速率控制是操作者按經(jīng)驗調(diào)節(jié)節(jié)流閥開口度從而控

39、制進入工作油缸的進油量來實現(xiàn)的，這種控制方式與操作者的經(jīng)驗有關(guān)，根本不能實現(xiàn)定量控制。</p><p>　　(3)曲線繪制單一 目前試驗機只能粗略繪制應(yīng)力應(yīng)變曲線，不能定量指出各時刻對應(yīng)數(shù)字的大小。也無法繪制其它相關(guān)的曲線。</p><p>　　(4)效率低 現(xiàn)在試驗機數(shù)據(jù)處理手段大部分靠人工完成，花費時間多。既費時又費力。</p><p>　　隨著科技的進步，人們

40、需要現(xiàn)代化的測試手段，對設(shè)備的功能要求越來越高，希望能減輕勞動力，顯然這臺試驗機與現(xiàn)代機電液一體化設(shè)備的發(fā)展已不相適應(yīng)，它的測試手段已遠遠跟不上現(xiàn)代測試技術(shù)要求，測試結(jié)果的精確度得不到保證，必須升級改造。</p><p>　　2.2 WE-600型液壓試驗機的構(gòu)造及原理</p><p>　　2.2.1液壓式萬能材料試驗機的結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖2-1為WE-6

41、00液壓式萬能材料試驗機的結(jié)構(gòu)原理圖。試驗機由主體和測力計兩部分組成。加載部分采用液壓原理，以動擺測力計29指示試驗載荷。圖中右邊部分為試驗機主體部分，兩根立柱2用螺帽固定在機座1上，其上端裝有固定橫梁3，工作油缸4固定在固定橫梁中央，工作油缸內(nèi)的工作活塞5用防震調(diào)心球端軸支持著上橫梁6。拉桿的上端固定在上橫梁上，其下端固定在試臺8上，當(dāng)油泵輸來的油液使工作活塞上升時，試臺亦隨之上升，試臺前后兩側(cè)面裝有刻度尺用以指示彎曲支座10間的距離

42、。下鉗口座12裝在機座中心的絲桿上端，絲桿受蝸輪螺母15控制，當(dāng)開動下鉗口座升降電機14時，由于蝸桿帶動蝸輪旋轉(zhuǎn)，使絲桿帶動下鉗口座做上升或下降運動，故能按試驗要求調(diào)整下鉗口座的位置。支柱上裝有刻度尺，在刻度尺上可以看出試臺的升降距離或試樣的變形長度。變形放大裝置裝在試臺和下鉗口座上，通過線繩33與測力計描繪筒32相連。</p><p>　　上圖中左邊部分為試驗機的測力機構(gòu)。在測力油缸22內(nèi)裝有測力活塞23,該活

43、塞經(jīng)過夾具與蝸輪相連動，當(dāng)油泵開動時油泵16上的槽輪通過皮帶帶動蝸桿上的皮帶輪，使蝸輪蝸桿及測力活塞旋轉(zhuǎn)，因此測力油缸和測力活塞之間由靜摩擦變?yōu)閯幽Σ?，從而提高了測力活塞上下滑動性能，提高了示值精度。</p><p>　　該試驗機具有自動繪圖功能，由裝在測力計上的重錘導(dǎo)輪、描繪筒、裝在主機下鉗口上的放大輪和頂桿，裝在上鉗口的調(diào)整桿等組成。下鉗口上的放大輪和測力計上的重錘、描繪筒、導(dǎo)輪間由二胡弦連接，同時，二胡弦繞

44、過放大輪與描繪筒的三個溝槽，可得到五個變形(應(yīng)變)放大比，即大輪與大溝槽組合可放大20倍，與中溝槽組合可放大40倍，與小溝槽組合可放大50倍。小輪與大溝槽組合可放大10倍，與中溝槽組合可放大20倍(與大溝槽相同)，與小溝槽組合可放大25倍。使用時可根據(jù)具體情況選擇。使用時下鉗口上的放大輪上的二胡弦按逆時針方向纏繞，由于重錘的重力通過二胡弦經(jīng)過描繪筒和導(dǎo)輪傳至放大輪，使放大輪產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)和頂桿上移的趨勢，上鉗口上的調(diào)整桿可進行上下調(diào)整，直至將

45、頂桿壓下到將近最低位置。這樣，試驗時，上鉗口上移，重錘上的二胡弦?guī)用枥L筒旋轉(zhuǎn)，并帶動放大輪使頂桿上移跟隨上鉗口移動，描繪筒上方筆架上的記錄筆，既可在描繪紙上描繪出放大了的負荷(應(yīng)力)變形(應(yīng)變)曲線。該裝置描繪的曲線，其負荷(應(yīng)力)數(shù)值較為準確，變形(應(yīng)變)部分反映的是上下鉗口間的位移，不完全是試樣的真正變形，所以數(shù)值并不十分準確，但對屈服點，強度極限等反映的比</p><p>　　測力活塞與立柱工作活塞的截面

46、積之比，在試驗機校驗后已成為固定值，當(dāng)油壓作用在測力活塞上，側(cè)力活塞向下移動，通過聯(lián)板組件及上部方鐵使主軸帶動擺桿26及擺錘25產(chǎn)生一角位移，這個角位移的大小與加到測力活塞上的載荷大小，以正比例推動絲桿構(gòu)封閉在玻璃罩內(nèi)，三種測量范圍刻制在一個度盤30上，由主動指針和從動指針指示載荷值。</p><p>　　2.2.2液壓萬能試驗機工作原理</p><p>　　如圖2-1所示，液壓控制系統(tǒng)由

47、測力計內(nèi)的油箱37，高壓油泵16、送油閥17、回油閥18，測力油缸活塞23、主機工作油缸4，工作活塞5等組成。圖2-2為液壓萬能試驗機的液壓控制系統(tǒng)原理圖。通過對送油閥、回油閥的操縱，控制試驗機不同的工作狀態(tài):試驗機啟動后，電動機1帶動高壓油泵2把液壓油輸送到節(jié)流閥4，該閥手輪關(guān)閉時，由于油壓的作用，油閥內(nèi)的活塞后移，壓力油從溢流閥9回油箱。當(dāng)手輪打開時，油液經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流后從油管進入工作油缸7,在壓力油的作用下，工作活塞向上移動對試樣加

48、載，進行拉伸、冷彎、壓縮等各種試驗工作:同時壓力油進到測力油缸6，測力油缸內(nèi)的測力活塞在壓力油的作用下下移，通過拉板、擺桿、推板、絲杠等測力聯(lián)板組件使指針在度盤上移動，指示出試樣上負荷數(shù)值。測力活塞與主體工作油缸活塞的截面積之比，在試驗機效驗后己成為固定值，因此作用在兩者截面積上的總載荷是與兩者截面積成正比的，當(dāng)油壓作用在測力活塞上，測力活塞向下移時，通過聯(lián)板及上部方鐵使主軸帶動擺桿及擺陀產(chǎn)生一角位移，這個角位移的大小與加到測力活塞上載

49、荷的大小是能以正比例地推動推桿，使指針在測力度盤上指示出作用在試樣上載荷的數(shù)值。當(dāng)試樣斷裂</p><p>　　2.3 WE一600型液壓試驗機的技術(shù)性能</p><p>　　最大載荷: 600千牛頓</p><p>　　測量范圍: O~12OKN，0~300KN，0~600KN</p><p>　　度盤分度值: 0~120KN 0.5K

50、N/格，</p><p>　　0~300KN l.OKN/格，</p><p>　　0~60OKN 2.0KN/格</p><p>　　拉伸夾頭間最大距離(包括活塞行程): 0~75Omm</p><p>　　拉伸試樣時兩支柱間距離 : 580mm</p><p>　　矩形試樣最大夾持寬度:

51、 80mm</p><p>　　矩形試樣夾持厚度: 30mm</p><p>　　圓形試樣夾持直徑: Φ10~Φ40mm</p><p>　　上下壓板間距離: 0~300mm</p><p>　　上下壓板尺寸:

52、 204x204(mm)</p><p>　　壓縮試驗時兩拉桿距離 : 370mm</p><p>　　彎曲試驗時兩支點間距離 : 100~1000mm</p><p>　　彎曲支滾寬度 : 140mm</p><p>　　彎曲試驗最大高度

53、: 100mm</p><p>　　工作活塞直徑x行程: Φ17Ox300(mm)</p><p>　　試臺上升速度: O~12Om/min</p><p>　　下夾持器升降速度 : 150mm/min</p><p&g

54、t;　　油泵電機功率: 1.5KW</p><p>　　凈重:主體: 1950kg</p><p>　　測力計 : 500kg</p><p><b>　　2.4本章小結(jié)</b></p><

55、p>　　本章主要介紹了WE一600液壓式萬能材料試驗機的結(jié)構(gòu)和工作原理，讓大家對該試驗機的工作狀況有初步的了解。同時對于原設(shè)備存在的一些關(guān)鍵問題和這些問題對試驗測試過程產(chǎn)生影響，以及測試精度、準確度、數(shù)據(jù)處理的方式、加載速率的控制等方面產(chǎn)生的影響作了相應(yīng)的分析。進一步說明了改造的必要性，是寫著這篇論文的前提條件，也為能更清楚地介紹后面的章節(jié)打下基礎(chǔ)。</p><p>　　第三章WE一600液壓式萬能材料試驗

56、機數(shù)字化改造</p><p>　　WE一600液壓萬能試驗機存在精度很低;對某些材料的名義屈服極限σ0.2點讀取困難;在數(shù)據(jù)處理方面煩瑣;測量花費的時間較多等缺點。這種測試方式已滿足不了目前材料性能檢測的要求。隨著科技的進步，現(xiàn)代發(fā)展需要自動化程度高，能快速，準確地自動記錄和處理數(shù)據(jù)的設(shè)備。然而若更換新設(shè)備成本太高，加之原試驗機功能完好，利用價值大，只要在原來設(shè)備的基礎(chǔ)上做一些改進，就能大大提高測量精度和設(shè)備的智

57、能化水平，而且經(jīng)濟實用。</p><p><b>　　3.1主要改造內(nèi)容</b></p><p>　　針對試驗機存在的問題，進行局部的改造。主要解決以下內(nèi)容:</p><p>　　(l)解決測量精度的問題:</p><p>　　增加傳感器、信號調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集硬件、個人計算機、軟件等要素組成高精度的測試系統(tǒng)能夠很好地解

58、決測量精度的問題 。應(yīng)力通道采用安裝在試驗機進油管接口處的壓力變送器;應(yīng)變通道采用電子引伸計，試驗時夾持在試樣兩端，從而檢測試樣的微小變形量;位移通道采用光電編碼器，安裝在試驗機放大輪位置，位移傳感器(光碼盤)檢測到的伸長信號經(jīng)位移控制系統(tǒng)分頻、計數(shù)后也送入計算機，計算機對采集到的信號進行處理，提高檢測精度。</p><p>　　(2)解決應(yīng)力應(yīng)變速率控制的問題:</p><p>　　采用

59、電液比例閥為控制元件的控制系統(tǒng)，能夠通過改變輸入電流值來控制比例閥的開口度，從而準確地控制閥的輸出流量。具有響應(yīng)快、控制精度高等優(yōu)點。</p><p>　　(3)解決曲線繪制單一的問題:</p><p>　　壓力傳感器能夠?qū)崟r檢測油液壓力的變化，電子引伸計和光電編碼器能夠?qū)崟r檢測試樣的各個階段的變形量，通過實時數(shù)據(jù)采集，計算機軟件技術(shù)和測試系統(tǒng)的緊密結(jié)合，由計算機作圖形處理，能夠方便地繪出

60、應(yīng)力應(yīng)變、力變形、位移時間、速度時間等多種類型的關(guān)系曲線。</p><p>　　(4)解決效率低的問題:</p><p>　　以前的系統(tǒng)是依靠手動調(diào)速，人工讀數(shù)，人工處理數(shù)據(jù)等檢測手段，導(dǎo)致效率低下。在以計算機為核心地位，計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為基礎(chǔ)的自動測試系統(tǒng)很好地解決了效率低下的問題。能按不同變形階段自動調(diào)節(jié)加載速率，自動處理數(shù)據(jù)，自動完成曲線繪制等功能使得測試效率得到極大地提高。該測試

61、系統(tǒng)能極大地提高設(shè)備性能，并且簡單易于實現(xiàn)。</p><p>　　3.2系統(tǒng)總體方案設(shè)計</p><p>　　3.2.1測試方案比較</p><p>　　試驗機的改造方案很多，每種方案有各自的優(yōu)缺點。選擇何種改造方案，要結(jié)合具體的實際情況，選擇最佳的改造方案，以滿足用戶的需要。</p><p>　　一、應(yīng)用單片機系統(tǒng)改造液壓萬能材料試驗機，其

62、主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低，便于實現(xiàn)嵌入系統(tǒng)。但電路系統(tǒng)復(fù)雜，系統(tǒng)的穩(wěn)定性不高，數(shù)據(jù)的處理速度慢，無法實現(xiàn)實時控制。目前試驗機領(lǐng)域的關(guān)鍵問題是加載時必須保持恒定的應(yīng)力速率或恒定的應(yīng)變速率，采用這種方法顯然是達不到這種效果。</p><p>　　二、采用由速度控制器控制力矩電機，從而帶動壓力控制施加負荷，并具有速度電流反饋，是一種傳統(tǒng)的控制方式。比如采用位置式PID控制器計算步進電機驅(qū)動步數(shù)，以獲得良好應(yīng)力

63、速率、應(yīng)變速率、位移速率控制以及定荷、定應(yīng)變、定位移控制試驗結(jié)果。但液壓萬能材料試驗機是一種典型的非線性時變系統(tǒng)，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，運用常規(guī)PID控制器很難達到理想的控制效果。在實際現(xiàn)場中，由于受到參數(shù)整定方法繁雜的困擾，應(yīng)用常規(guī)PID控制器往往整定不良，性能欠佳，對運行工況的適應(yīng)性差。</p><p>　　三、采用微機和傳感器技術(shù)對舊式的材料試驗機及監(jiān)測等設(shè)備進行技術(shù)改造，在應(yīng)力應(yīng)變速率控制問題上采用電液

64、伺服閥或電液比例閥實現(xiàn)高精度控制，測量控制系統(tǒng)采用計算機卡式設(shè)計，采用光電隔離集成電路。具有抗干擾能力強，質(zhì)量可靠，穩(wěn)定性高等優(yōu)點，而且點擊鼠標即可完成，使用方便。還可以繪制多種試驗曲線，具有曲線數(shù)據(jù)存儲及曲線放大功能，適合試驗機高自動化水平，操作簡便，可靠性高，穩(wěn)定性好方向發(fā)展的要求。</p><p>　　綜上考慮，我們選用第三中方案，即在WE一600型液壓萬能試驗機上安裝負荷、變形和位移傳感器，增加電液閥控制

65、加荷速度，使設(shè)備由原來傳統(tǒng)的機械式負荷測量系統(tǒng)升級為較先進的電子測力、測變形系統(tǒng)。</p><p>　　液壓萬能試驗機計算機自動測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3一1所示:</p><p><b>　　1、傳感器</b></p><p>　　傳感器是把物理量轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。例如:熱電偶、電阻溫度檢測器(RTDS)、熱敏電阻、集成電路溫度傳感器等將溫度轉(zhuǎn)變

66、成電壓和電阻。又如應(yīng)變片、流量傳感器等將壓力、流速轉(zhuǎn)換成電信號。對于每種傳感器，電信號的大小都與被監(jiān)測的物理參數(shù)成比例。選用不同傳感器，可以完成對不同物理量的測試。一些傳感器，像熱電偶等，由于精度較低，信號也微弱，因而需要對其調(diào)理和校正才可能得出精確結(jié)果。</p><p><b>　　2、信號調(diào)理</b></p><p>　　來自傳感器的輸出信號通常是含有干擾噪聲的微

67、弱信號，必須首先經(jīng)過處理才能被數(shù)據(jù)采集板精確地、可靠地采集，這種前端口處理就是信號調(diào)理。它包括信號放大、濾波、隔離等功能。是大多數(shù)基于PC機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不可缺少的組成部分。信號調(diào)理電路的基本作用有三個:其一是放大。通常實際的物理量信號是很微弱，需要通過放大調(diào)理來增加其分辨率和敏感性。盡管很多數(shù)據(jù)采集板配置有放大器，但對一些傳感器如低電平的應(yīng)變信號仍需要附加放大電路，以增加其分辨率。為了獲得盡可能高的精度，應(yīng)將輸入信號放大到與數(shù)據(jù)采集板中

68、的A/D轉(zhuǎn)換器相適配的程度。另外，外部信號調(diào)理模塊應(yīng)盡量靠近信號源或傳感器，這樣信號在受到環(huán)境噪聲之前即被放大，使信噪比得到改善;其二隔離。是指使用變壓器、光或電容耦合等方式在被測系統(tǒng)與測試系統(tǒng)之間傳遞信號，避免了直接的電流或物理連接。采用隔離可以保證插入式數(shù)據(jù)采集板的讀數(shù)不受地電位或共態(tài)電壓差異的影響。因此，采用隔離的信號調(diào)理模塊可以消除地環(huán)路并保證準確的采集信號;最后是濾波。其目的就是從所要測量信號中消除不必要的噪聲信號，抑制干擾噪

69、聲信號的高頻分量，將頻帶壓縮以降低采樣頻率，避免產(chǎn)生混淆。幾乎所有的數(shù)據(jù)采集系</p><p><b>　　3、數(shù)據(jù)采集硬件</b></p><p>　　數(shù)據(jù)采集硬件是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的重要組成部分，完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，然后再傳送到計算機中。在對模擬信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換之前，先要對模擬信號進行采樣。采樣前的信號是時間和幅度均連續(xù)的模擬信號，采樣后則成了時間上離散的信號

70、。采樣過程是使連續(xù)模擬信號加到采樣開關(guān)輸入端，開關(guān)每隔一定時間閉合一次，開關(guān)輸出端則得到采樣信號。圖3一2表示了這一采樣過程。</p><p>　　F*(t)為采樣后的信號，它在時間上是離散的，但幅度仍是連續(xù)的。</p><p><b>　　3.2.2設(shè)計原理</b></p><p>　　其改造后的液壓控制系統(tǒng)原理如圖3一3所示。從結(jié)構(gòu)上來看，

71、要提高自動化水平，需要增加傳感元件。我們的改造思路是在試驗機的進油口處增加三通管接頭，兩端接油管，中間接壓力傳感器，它能夠感受油缸油壓的變化，并以電壓的形式輸出，通過計算機處理，從而測量出油缸油液壓力的變化，進而獲得力信號;位移傳感器采用光電編碼盤的形式安裝在試驗機滑輪(如圖2一l)處，通過計算輸出脈沖數(shù)獲取試樣的變形量，即拉伸試驗全過程的位移;電子引伸計則在試驗時裝夾在試件上，可準確測量試件的微小變形;試驗速度的控制也是需要改進的地方

72、，為了操作上的便利，我們保留原手動控制部分，只在該送油路處增設(shè)一分支油路，加設(shè)電液比例控制閥，這樣只需改變比例閥的不同輸入電流就能獲得不同的輸出流量，實現(xiàn)對試樣加載過程的無極調(diào)速，有利于自動化操作的實現(xiàn)。要對這些物理量進行控制和對參數(shù)的設(shè)置，實現(xiàn)其功能，還要增加數(shù)據(jù)采集器實現(xiàn)信號的采集、放大及A/D轉(zhuǎn)換等。最后用計算機實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理、控制和輸出試驗結(jié)果等。</p><p>　　改造后的試驗機系統(tǒng)既可手動操作，也可

73、自動操作。手動加載時使截止閥12處于關(guān)閉狀態(tài)，液壓油從油泵2中出來經(jīng)濾油器3和節(jié)流閥4進入工作油缸7和測力油缸6。只要手動調(diào)節(jié)節(jié)流閥4開度即可達到手動加載的目的，打開截止閥8，調(diào)節(jié)節(jié)流閥5即可完成卸載。手動加載過程計算機測控系統(tǒng)不參與控制，只起測量力、變形、位移值并實時顯示的作用。如果自動加載時關(guān)閉節(jié)流閥5和截止閥8，打開截止閥12和控制油路中增加的電液比例閥11。試驗機油泵出口的液壓油通過計算機13自動控制比例閥進入油缸，利用基于IS

74、A總線的數(shù)據(jù)采集板輸出信號控制比例閥開度，從而控制進入油缸的流量和壓力，最終使加載速度保持在一定范圍內(nèi)，從而實現(xiàn)自動化控制。試驗機的應(yīng)力、應(yīng)變、位移系統(tǒng)由三路傳感器實現(xiàn)。自動加載時系統(tǒng)可按相關(guān)國家標準自動控制其加載及卸載過程，并在計算機屏幕上自動顯示。</p><p>　　因此，升級改造后的液壓式萬能試驗機由以下幾部分構(gòu)成:</p><p>　　1、主機部分:主要由油缸、工作活塞、底座、工

75、作臺、立柱、上下移動橫梁、試樣夾持以及橫梁升降機構(gòu)等組成。其主要功能是由試樣夾持機構(gòu)夾緊和固定試樣，通過油缸活塞移動控制橫梁的升降以調(diào)整試樣夾持空間，進而完成對試樣的加載。</p><p>　　2、液壓控制系統(tǒng):主要由油箱、高壓油泵、送油閥、回油閥、電液比例閥、截止閥、測力油缸活塞、主機的工作油缸、工作活塞等組成。其主要功能是控制試件的夾緊及試件的加載。</p><p>　　3、檢測部分:

76、主要由壓力傳感器、電子引伸計、位移傳感器等組成，主要功能是檢測試驗對象所受的試驗力、變形及橫梁運動的位移。</p><p>　　4、數(shù)據(jù)采集處理和控制部分:主要由數(shù)據(jù)采集、處理、控制電路、計算機軟硬件系統(tǒng)、打印機、手動控制器件等組成，主要完成整個系統(tǒng)的控制、各種參數(shù)的設(shè)置、顯示、試驗過程及試驗結(jié)果的記錄、試驗數(shù)據(jù)的處理、存儲、試驗結(jié)果的輸出等功能。</p><p>　　5、電氣部分:其基本

77、組成有各類變壓器、繼電器、交流接觸器、開關(guān)按鈕等。主要功能控制夾緊油源和控制油源的油泵電機組的開關(guān)及啟動、停止?？刂茩M梁升降機構(gòu)的動作以及各種限位、過載保護等。</p><p>　　6、附件:主要由拉伸、壓縮試驗夾具、彎曲試驗附具及其他特殊試驗附具各種嵌口、夾頭等組成。其基本功能是通過更換夾具，完成各種特定的試驗。</p><p>　　3.2.3 升級改造中所要解決的關(guān)鍵問題</p&

78、gt;<p>　　1.測試系統(tǒng)的硬件系統(tǒng):</p><p>　　包括壓力傳感器、位移傳感器、引伸計的結(jié)構(gòu)、原理、安裝要求進行詳細的研究，確定選擇何種類型的檢測元件更適合對裝置進行改造。以及設(shè)計由傳感器、信號調(diào)理、數(shù)據(jù)采集硬件、個人計算機、軟件等基本要素構(gòu)成液壓萬能試驗機的計算機自動測試系統(tǒng)。</p><p>　　2、軟件系統(tǒng)功能設(shè)計</p><p>　

79、　為了使用戶能更好地管理和進行試驗操作，軟件系統(tǒng)按功能必須設(shè)計成由多個模塊組成的測試系統(tǒng)，大致應(yīng)包括以下幾方面:</p><p>　　用戶管理模塊: 進入主程序的登陸界面，主要考慮使用的安全性。</p><p>　　主模塊: 可進入各個模塊，用于各個界面的切換。</p><p>　　軟件界面管理模塊: 用于窗口管理、菜單管理及界面配置。</p><

80、;p>　　試驗方案設(shè)置模塊: 包括試驗方案名、執(zhí)行標準和加載方式。</p><p>　　傳感器標定模塊: 對試驗所用的傳感器進行標定并保存標定后的結(jié)果。</p><p>　　聯(lián)機測試模塊： 包括曲線顯示、數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)據(jù)處理功能模塊。</p><p>　　試驗數(shù)據(jù)輸入模塊: 主要實現(xiàn)了數(shù)據(jù)輸入、修改、添加和數(shù)據(jù)庫的存儲等功能。</p><

81、p>　　數(shù)據(jù)查詢模塊: 查詢試件的詳細數(shù)據(jù)以及過程曲線時。</p><p>　　狀態(tài)檢測模塊: 實現(xiàn)變形監(jiān)測、力監(jiān)測、限位監(jiān)測、狀態(tài)提示、緊急停機。</p><p>　　數(shù)據(jù)顯示模塊: 數(shù)字顯示、擋位跳變、特征分析、曲線顯示、曲線打印、縮放。</p><p>　　數(shù)據(jù)管理與處理模塊: 數(shù)據(jù)庫、歷史回放、指標計算、算法設(shè)置、報表管理和打印管理。</p>

82、;<p>　　試驗報表模塊: 生成并打印試驗報表。</p><p>　　系統(tǒng)外掛程序: 系統(tǒng)標定、系統(tǒng)調(diào)零、硬件自檢、軟件注冊、軟件配置、軟件試用等。</p><p>　　3、數(shù)據(jù)采集速率問題</p><p>　　如果材料試驗時所加應(yīng)力速率及應(yīng)變速率不同，試驗所測得的有關(guān)強度數(shù)據(jù)就有差別。故金屬拉伸試驗中要求在施加載荷時，必須考慮加載的應(yīng)力速率及應(yīng)變速

83、率。在國際標準 1506892:1998(E)及國家標準 GB/T228一2002中，試驗條件的規(guī)定如表3一1所示。標準中明確規(guī)定加載時必須保持恒定的應(yīng)力速率或恒定的應(yīng)變速率。因此如何科學(xué)有效地達到對材料試驗機的應(yīng)力速率及應(yīng)變速率控制，是目前試驗機領(lǐng)域的關(guān)鍵問題。</p><p>　　表3-1 金屬拉伸試驗條件的規(guī)定 </p><p>　　例如

84、:選擇彈性變形階段的應(yīng)力速率15N/mm2·s，A0=78.5mm2，，則控制的拉伸速率應(yīng)為:15N/mm2 ·s×78.5 mm2=1177.5N/s，即以表盤上主動針每秒鐘走10O0N左右為準。為達到上述目的，應(yīng)用電液比例控制閥調(diào)速技術(shù)，并采用壓力、應(yīng)變及位移傳感器，用一種比例積分適時調(diào)整PID控制方法，便能實現(xiàn)應(yīng)力、應(yīng)變、位移的精確控制，并且性能可靠，使用面廣。</p><p>

85、;　　在數(shù)據(jù)采集速率上，有些改造后的試驗機數(shù)據(jù)采集速率設(shè)定得過慢，這樣從表面上看提高了穩(wěn)定性，但在實際工作中是非常有害的。如果數(shù)據(jù)采集速率過慢，會使試驗機采集到的數(shù)據(jù)變化跟不上試樣實際所受力值的變化，導(dǎo)致試樣破碎或斷裂時試驗機采集不到最大值，造成測得值低于實際力值，會嚴重影響對試驗結(jié)果的判定。而這種問題在檢定中往往容易被忽視。因為檢定中在檢定點處加荷速率很慢，接近靜態(tài)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)與實際力值有充分的時間達到一致。因此，檢測不

86、出動態(tài)工作時數(shù)據(jù)采集速率對測量結(jié)果產(chǎn)生的影響。應(yīng)根據(jù)JJFllO3一2003《萬能試驗機計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)評定》中的要求設(shè)定采集速率。</p><p><b>　　4、數(shù)據(jù)標定</b></p><p>　　試驗機經(jīng)過改造后通常會存在度盤和數(shù)字兩套系統(tǒng)，這兩套系統(tǒng)是彼此獨立的。用戶在使用時可以對兩套系統(tǒng)進行對比。當(dāng)發(fā)現(xiàn)兩套系統(tǒng)示值相差過大(超過2%以上)，說明試驗機出現(xiàn)

87、故障，應(yīng)馬上請計量部門使用標準測力儀進行檢定，根據(jù)檢定情況進行調(diào)整，以保證示值的準確。但是，切不可自行參照度盤示值來調(diào)整數(shù)字系統(tǒng)示值。因為即使度盤示值是準確可靠的，其示值準確度為一級，如果以它為標準器來調(diào)整數(shù)字系統(tǒng)示值，理論上講該數(shù)字系統(tǒng)示值準確度只能達到三級，無法保證試驗要求精度。況且，使用單位人員在調(diào)整試驗機示值方面也沒有檢定人員的專業(yè)素質(zhì)和經(jīng)驗，故無法保證試驗機的準確性，將會給試驗結(jié)果造成嚴重的隱患。因此，示值調(diào)整只能由檢定人員依

88、據(jù)標準測力儀進行，只有這樣才能保證力值傳遞的準確性和可靠性。</p><p>　　5、材料試驗機測控系統(tǒng)強實時性問題</p><p>　　計算機從外部機器或設(shè)備上獲取數(shù)據(jù)，并在對數(shù)據(jù)進行加工處理后進一步去控制外部機器或設(shè)備。在此過程中，計算機與外部電路采用什么接口就顯得尤為重要。PC機中的異步串行通信口當(dāng)串口的通信電路收到一個數(shù)據(jù)后，會向CPU發(fā)出一個中斷請求，通過響應(yīng)這個中斷可以非常及時

89、地對數(shù)據(jù)進行處理，可以說這是實時串口通信的最好的方法。但遺憾的是Windows的普通32位應(yīng)用程序不能進行像響應(yīng)中斷這樣低級的操作，主要原因在于:其一，由于windows的消息機制和非搶先特性，使得它不能夠控制任務(wù)開關(guān)和處理每個任務(wù)的時間，導(dǎo)致某些消息無法及時處理。表現(xiàn)為實時性差;其二，在Windows下面，應(yīng)用程序無法直接訪問硬件。對硬件的操作不如在DOS或其它一些實時操作系統(tǒng)下面那樣便捷。最后，對于測控系統(tǒng)本身，測試數(shù)據(jù)、狀態(tài)監(jiān)測數(shù)

90、據(jù)以及電機伺服控制數(shù)據(jù)的處理任務(wù)繁重，硬件的A/D、D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)在線處理、控制算法解析等因素需要時間，這些將會給測控系統(tǒng)帶來一定程度上的滯后。因此，在Windows操作系統(tǒng)下要保證測控系統(tǒng)的實時性存在較大困難。而只能通過編寫設(shè)備驅(qū)動程序來實現(xiàn)。而編寫設(shè)備驅(qū)動程序比編寫普通的應(yīng)用程序要復(fù)雜得多，且如果設(shè)</p><p><b>　　6.定時器</b></p><p>

91、;　　定時器(Timer)是Windows中一種特殊的資源，它能夠被賦予一個時間值，此后每隔這個時間，定時器便會向指定窗口發(fā)送一條定時器消息或調(diào)用一個指定的回調(diào)函數(shù)。因此利用定時器，可以在一定程度上實現(xiàn)實時串口通信:設(shè)置定時器，進入消息循環(huán)，然后在收到一條定時器消息時便去接收傳到串口中的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的處理;然后繼續(xù)消息循環(huán)，等待下一條定時器消息。在等待定時器消息到達期間，可能有不止一個數(shù)據(jù)傳到串口中，由于Windows本身對串

92、口提供了一個數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，每當(dāng)收到一個數(shù)據(jù)后，windows會首先將該數(shù)據(jù)保存到該緩沖區(qū)中，因此只要在等待定時器消息到來期間傳到串口中的數(shù)據(jù)不超過Windows的串口緩沖區(qū)的大小，不會造成數(shù)據(jù)丟失。定時器的時間值的確定要根據(jù)實際應(yīng)用環(huán)境中對系統(tǒng)的實時性要求及接收的數(shù)據(jù)量來確定。如果應(yīng)用環(huán)境對實時性要求不高、接收到的數(shù)據(jù)不多則可以將時間值設(shè)得大些;相反，在對實時性要求相對較高的應(yīng)用環(huán)境中或接收到的數(shù)據(jù)很多時，則應(yīng)將時間值設(shè)得小些。另外，Wi

93、ndows對實時器的最小時間值有個限制，就是最小時間值為55ms，如果定時器被賦予比這個時間值更小的值，系統(tǒng)都認為是55ms。</p><p><b>　　7.多線程技術(shù)</b></p><p>　　在利用定時器產(chǎn)生的定時器消息可以每間隔一段時間去進行一個串口通信處理，那么為什么非要間隔一段才去處理而不是一直等待，一旦發(fā)現(xiàn)串口接收數(shù)據(jù)立即處理呢?這需要從windows

94、消息循環(huán)機制說起。對于每一個擁有窗口用戶界面的應(yīng)用程序，Windows都要求它有一個消息循環(huán)來處理各種消息(如鍵盤按鍵、鼠標移動、窗口繪制等)，一旦消息循環(huán)中止，該應(yīng)用程序的窗口將不再響應(yīng)任何消息，從用戶的角度來看，這個窗口就意味著已經(jīng)停止響應(yīng)，是個“死”窗口。所以，在一般的單線程應(yīng)用程序中，如果一直等待串口接收到數(shù)據(jù)，就將造成程序的窗口界面不可訪問。要解決這一問題可以采用多線程程序設(shè)計技術(shù)。當(dāng)系統(tǒng)</p><p&g

95、t;　　創(chuàng)建一個進程時，都會同時為該進程創(chuàng)建一個線程(稱之為主線程)。普通的應(yīng)用程序只有這一個線程，消息循環(huán)依賴于它，所以它絕不應(yīng)該在消息循環(huán)之外停下來等待某一事件發(fā)生。一個線程不行，考慮能否使用多個線程。即在程序啟動后，人為的再創(chuàng)建一個線程(稱之為輔助線程)，這樣包括系統(tǒng)創(chuàng)建進程時創(chuàng)建的線程就有兩個線程了。讓主線程執(zhí)行消息循環(huán)，而輔助線程則專門負責(zé)進行串口通信。這樣一來便可以讓輔助線程停下來，專門等待傳到串口中的數(shù)據(jù)，一旦收到數(shù)據(jù)就立

96、即繼續(xù)執(zhí)行，對數(shù)據(jù)進行處理?？梢?，通過多創(chuàng)建一個輔助線程，使得串口通信的實時性比利用定時器要高得多，比直接響應(yīng)中斷的方式相差不了多少了。</p><p><b>　　3.3硬件設(shè)計</b></p><p>　　系統(tǒng)工作時，采集的應(yīng)力應(yīng)變信號均屬于瞬態(tài)變化信號(試樣拉伸過程中，一般來說在彈性段，強化段和頸縮段，采樣頻率只要在16~20次/秒基本上就可以滿足要求了，而在屈

97、服段采樣頻率需要達到50~60次/秒才能較好地體現(xiàn)金屬的屈性)，要求系統(tǒng)的實時性要強。為此，系統(tǒng)設(shè)計的信號流程為:通道信號均通過各自的調(diào)理模塊后，分別連接在數(shù)據(jù)采集板的通道上，經(jīng)過A/D實時轉(zhuǎn)換后，一路暫存在采集板上的FIFO數(shù)據(jù)緩存區(qū)中，再由數(shù)控系統(tǒng)的軟件部分調(diào)入內(nèi)存進行顯示和存儲等操作;另一路要由系統(tǒng)實時采集以配合實現(xiàn)實時控制。在試驗結(jié)束后，系統(tǒng)把采集到的各通道數(shù)據(jù)進行調(diào)入分析，判斷出材料變形的各個階段，得出最終的在應(yīng)變的各個相對應(yīng)

98、點的應(yīng)力的結(jié)果，得出材料的性能以指導(dǎo)生產(chǎn)。這部分的設(shè)計任務(wù)就是根據(jù)試驗機系統(tǒng)規(guī)定的參數(shù)指標要求，選擇和確定系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)。對于以計算機為核心的現(xiàn)代測試系統(tǒng)，由各個環(huán)節(jié)的系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的整機系統(tǒng)誤差可以通過系統(tǒng)標定試驗數(shù)據(jù)進行修正。所以，我們在確定各環(huán)節(jié)參數(shù)指標時，主要考慮其變化系統(tǒng)誤差(即系統(tǒng)不確定度)和隨機誤差，如:溫度零漂、滯后誤差等。根據(jù)電子萬能試驗機的國家標準,試驗機最高級別 0.5級中規(guī)定</p><p>

99、;　　3.3.1壓力變送器</p><p>　　壓力變送器也稱差壓變送器，主要由測壓元件傳感器、模塊電路、顯示表頭、表殼和過程連接件等組成。它能將接收的液體壓力信號轉(zhuǎn)變成標準的電流電壓信號。試驗機用壓力變送器用于測定加在試件上的載荷力值的，考慮到安裝條件、測試精度、工作壓力和防腐蝕性的要求，本文采用CYB一205試驗機專用壓力變送器，如圖3一4所示。變送器主要由不銹鋼外殼、膜片和引線等組成，結(jié)構(gòu)形式為圓筒式，它是

100、一個一端有盲孔的薄壁圓筒，盲孔深度為圓筒高度的一半左右，空端有螺紋與油壓系統(tǒng)連接。該變送器包括了進行壓力檢測的金屬測壓膜以及電橋檢測電路、信號放大電路和標準電流輸出電路。與傳感器不同，變送器除了能將非電量轉(zhuǎn)換成可測量的電量外，一般還具有一定的放大作用。CYB一205系列壓力變送器使用CYB一 105壓力傳感器為敏感元件，應(yīng)用先進的離子束濺射和離子束刻蝕工藝，將應(yīng)變電橋直接作用在金屬測壓膜片上，由于不用傳統(tǒng)的膠粘工藝，顯著改善了應(yīng)變片式傳

101、感器的長期穩(wěn)定性及抗蠕變特性。由于沒有活動部件，抗振動及抗沖擊能力很強，可用于惡劣的環(huán)境。傳感器輸出電路采用單片功能模塊電路，如U/I、U/F變換電路，可將傳感器輸出的毫伏信號直接變換為4~2</p><p>　　3.3.2電子引伸計</p><p>　　電子引伸計是一種輕巧而精密，將軸向位移變形轉(zhuǎn)換成電壓輸出的傳感器。相對于測量大位移、大變形的位移傳感器來說，引伸計主要用途是用來測量小變

102、形的數(shù)據(jù)，要求精確高。因此拉伸試驗中彈性階段與屈服階段的小變形數(shù)據(jù)主要用引伸計測得，屈服階段以后階段的大變形量數(shù)據(jù)用位移傳感器測得，把這兩段數(shù)據(jù)對接可連續(xù)繪出試件彈性階段以及以后其它3個階段的整個試驗過程曲線。同時，在進行彈性模量E的測定時，在彈性范圍內(nèi)的軸向變形的數(shù)據(jù)也需要由引伸計精確測得。引伸計在選用時有兩個不可忽略指標:即引伸計的標距和標稱量程。引伸計的標距一般由試樣的標距確定，國家標準推薦優(yōu)先采用比例系數(shù)K為5.65的短比例試樣

103、。根據(jù)GB/T228一2002《金屬材料室溫拉伸試驗方法》的附錄A、附錄B、附錄C、附錄D的規(guī)定，圓形比例試樣優(yōu)先采用標距為25mm(50mm)、50mm(100mm)、100mm(200mm)試樣，厚度小于3mm的矩形非比例試樣采用50mm、80mm兩種標距，厚度大于3mm的矩形非比例試樣采用50mm、80mm、200mm三種標距，線材試樣非比例試樣采用 100mm、200mm兩種標距。由此可看出常用的引伸計標距有 2</p&g

104、t;<p>　　Le為引伸計的標距，測量變形時，先將引伸計刀刃與試樣接觸，再用固定裝置固定在試樣上(如圖3一6b)，刀刃與試樣接觸而感受變形△Le，通過變形傳遞桿(變形傳遞桿為剛性臂。剛性臂與彈性元件在拐角處為剛性固接)，使粘貼在彈性元件上的電阻應(yīng)變片感受其應(yīng)變￡，輸出的電量進行轉(zhuǎn)換、放大處理后，最后換算出試樣的變形量△Le。</p><p>　　在試驗機測控系統(tǒng)中，用戶可以根據(jù)試樣的形狀和尺寸、試

105、驗方法與變形測量的準確度和要求來選擇和試驗機匹配的引伸計。例如:(l)橡膠等變形量較大的材料，使用光電編碼器的大變形引伸計比較合適;(2)薄膜、薄片等機械式引伸計無法夾持的材料，建議采用激光引伸計。(3)在高溫環(huán)境下有專門的高溫電子引伸計，價格非常高。目前使用的材料試驗機力傳感器發(fā)展較快，能夠滿足工業(yè)發(fā)展需要，而引伸計的性能要求因力學(xué)性能指標而異，有些要求高精度，有些則要求大量程。目前國內(nèi)引伸計滿量程應(yīng)變超過60%的很少，國外的EPsi