液压万能材料试验机智能载荷采集系统的研究

　　0　引言

　　各类材料在产品质量检验、生产过程质量控制、材料科学研究及教学试验中,都必须应用试验机进行力学性能测试。根据测试、应用领域及试验机工作原理的不同,将试验机细分为多种类型,本文只讨论其中的液压万能材料试验机。液压万能材料试验机在我国的钢铁、建材、冶金和化工等行业被广泛应用。目前,估计国内已拥有数万台国产及进口的各类试验机,大多为手工控制、操作,主要用于原材料检验、质量监督检验、质量控制及教学,担负着材料或产品的常规力学性能测试,无法定量地满足GB22887标准要求。所以,研制一种适用于液压万能材料试验机的智能载荷采集系统,为材料检测的准确、客观及公正提供了技术保障,同时也为质量监督部门和材料用户的数据共享提供一种经济、快捷的途径和手段,具有良好的经济效益和社会效益。

　　1　智能载荷采集系统的特点

　　对指针指示盘式液压万能试验机,必须配置电测传感器,该系统使用了压力传感器,主要完成压力数据的采集。压力传感器用于改造液压式试验机及某些电子液压式试验机,通过三通接头直接加装在机器的油缸、油路系统中,通过压力传感器测量油缸内油的压力,乘上一定的系数(面积),就可以换算出试验机加在试件上的压力。通过油压的变化反映试样上的力值变化,与原机的测力度盘无关。在测试过程中,操作人员可以一边观察测力度盘而开、关油阀,一边用压力传感器反映的力值进行数据采集和处理测试结果。通过此系统改造后的试验机,测量精度明显提高,并能自动记录被测试材料的最大压力(最大拉力)和钢材的屈服点参数等,由压力换算出极限强度,将测量结果以及试验组号、试件号和试验时间等通过串行接口发送到上位机,由上位机再做进一步处理。本仪表记录力值时以kN为单位,极限强度单位为MPa,两者根据物理量纲进行换算。

　　2　智能载荷采集系统的研制方案

　　系统的构架采用基于97C52单片机的形式,其主要优点是成本低,体积小,便于实现嵌入系统。系统框图如图1所示。

　　试验机回油路上串接的压力传感器输出的μV级小信号通过屏蔽电缆送入信号放大调理模块,完成信号的放大、滤波及极性转换等。放大后的模拟信号经数字化模块转化为数字量,传送给单片机,经过标定、运算及零点补偿等处理,在液晶模块上显示出来,同时经串行接口传送到上位机。考虑到油压的变化一般比较缓慢,模/数转换采用4位半双积分转换芯片ICL7135,具有14位分辨率。键盘提供人机交互的手段,在软、硬件上采用PS/2标准,以与PS/2键盘接口。图中的数据保存模块具有掉电保护功能,主要是保存当前委托编号、采集数据等信息不因断电而丢失。