万能材料试验机荷载量数字测量仪表钣金件

万能材料试验机荷载量数字测量仪表

目前，液压摆式玩鞥试验机的应用十分普遍，但这类试验机都是通过测力表盘来定量的显示整个试验过程的载荷值。一些重要的数据屈服极限，都是在测量过程中由实验人员目测出来的。除了指针仪表观察不便，材料参数的分布差异造成试验过程不能及时预料，都有可能造成试验数据的一定偏差。

使用单片机不仅可以实现测量显示的数字化，还可以通过单片机的存储器记忆重要的参数，以备试验结束后统计相关的实验数据。

1.测量仪表设计原理

以最典型的低碳钢拉伸试验为例，试验通常用φ10×L100低碳钢标准试件。其拉伸曲线如图1.OA段为线弹性范围，在线弹性范围内边形量很小，需要对该段内的载荷值有较高的测量精度。进入屈服阶段（过B点）后，变形迅速增加，但载荷几乎不增加，进入强化变形阶段(过C点）后。载荷又增加直至拉断，这一段要求有足够大的量程。对于φ10×L100低碳钢标准试件。拉断时的最大载荷值一般不超过45KN.若使用30顿的试验机选用满量程为150KN的表盘载荷档，选用该量程时，测力度盘的每刻度为0.5KN，可估读到0，25KN，载荷数字式测量仪表不仅要定量地测量出变形过程中的载荷量。而且显示精度至少不得低于0.25KN设计满量程为60KN。

试验机工作过程中，通过给主机工作缸加油，将荷载施加到试件上，同时工作油缸用过油管与测力油缸连接，将主油缸中的压力值传送到测力油缸中，然后通过机械装置带动测力表盘中的指针运动，以显示工作荷载值，将压力传感器与测力油缸连接，即可测得到相应的荷载变化。仪表设计的整体框图如图2。

2.传感器的工作及选用

在整个测量过程中，对弹性范围要求有足够的测量精度，对屈服以后要求有足够大的量程，一般的传感器不仅其精度与量程无法兼顾，就是信号处理过程也过于复杂。经比较，选用了现兰华传感器厂生产的电感调频式传感器.

该传感器原理框图如图3.其工作原理为，传感器压力膜受到油压力而发生位移，带动铁芯在线圈内移动，引起磁导率变化，使

磁阻变化从而引起电感变化，最终造成谐振频率变化。由此将输入的压力量转变为电信号的频率输出量。

该传感器最大的优点在于输出的频率信号式数字信号，因而省去了一般模拟传感器需要的精密放大器及一数转换的电路。尤其适合单片机处理。由于将压力转变为较高的频率信号，所以该传感器具有较高的精度，其量程也有多档规格可供选用。非线性误差一般在0.5%以下，由于输出数字信号。故在干扰能力也远优于模拟信号传感器。

3.接口电路及单片机

单片机选用AT89C2051型。单片机在数据采集时，采样速率与精度有矛盾，对于轴向拉亚试验，因要求缓慢加载，故采样速度要求并不高，但在线弹性范围内，对采样精度要求很高。因此首选需要较高的精度，其次才是尽可能快的采样速率，为此在信号进入单片机外部中断口之前进行了周期倍增处理。以提高测量精度。

单片机只需将频率脉冲在信号周期内进行计数，即可 测量出其代表的载荷值，用单片机作定时及其测量程序的方法已有多种资料介绍，不复赘述。

其他设置的功能有；

（1）置零；可任意设置相对测量零点，不仅便于读数更重要的是，避免了零点扰动造成的测量偏差。

（2）锁定；可用与存储重要的试验值数据，如屈服极限点的载荷值

（3）恢复；可以在锁定存储了数据后任何方便的时候按恢复键重新读取这些数据。再次按恢复按钮时。仪表将继续显示正在测量的荷载值。其间单片机正在进行的测量在后台继续进行。

如果需要进一步提高测量弹性变形段的精度及采样速率，比较直接的方法是选用具有更高主频的单片机，或提高传感器的频偏量。

结论；采用电感调频式传感器配合单片机可以构造一种成本较为低廉，结构较为简单的仪表。并能在测试过程中记录某些重要的试验数据，由于荷载信号已经可以输入到单片机中进行处理，所以 正当的曾江一些外围电路，就可以控制增加载荷的电磁阀。使施加载荷的过程更平稳。从理论上讲。电感调频式传感器输出的数字信号可以传送到PC机的RS232串口中。供PC机处理。若能将测压力的电感调频式传感器与测位移的电感调频式传感器共同使用。同时测量出载荷与变形的二维数据，将载荷与位移数据对照观察。效果将更好，若在PC机上处理载荷与位移二维信号后。不仅可以在屏幕上直接显示这条试验曲线，而且可以存储全部载荷及变形数据并打印。

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