多功能集成摩擦磨损试验机智能测控系统

　　摩擦磨损试验机是材料学、机械学和化学等研究领域从事相关摩擦学研究的重要试验设备。试验机本身的精度、稳定性、可靠性、通用性等是现代测控设备的重要要求。大多数摩擦磨损试验机通常只采用单一的运动形式(往复运动或旋转运动),通用性不好。此外,试验机大多在室内温度和湿度条件下进行工作,环境因素不可控,所进行的实验不能很好地模拟现实工况条件,不利于开展多重环境因素条件下的摩擦学实验研究。为此,开发一种通用性好、环境因素可控的多功能集成摩擦磨损试验机显得尤为必要。摩擦磨损试验机的性能在很大程度上取决于其测控系统的性能优劣[1]。利用计算机软件对实验过程进行自适应控制以及模糊控制等规律控制,实现实验参数的实时获取,并以曲线或表格的形式动态呈现实时参数等已成为测控领域的整体发展趋势[2]。开发测控系统软件的计算机语言很多, VC作为一种非常成熟和高效的开发语言,因其编写的应用程序执行代码小,执行速度快,能灵活地使用系统资源等特点而成为测控系统选择的主要程度开发语言之一[3]。本文作者基于VC语言开发的测控系统实现了实验参数的实时测量,并可以对数据进行数字滤波、误差修正等复杂处理;可对实时参数进行曲线显示、存储和报表处理;可实现主电机的无极调速,负荷自诊断以及故障报警等功能;编制的系统软件具备人机对话功能,操作简单、方便,是智能的人机交互系统。

　　1　试验机概况

　　图1给出了开发的多功能环境可控摩擦磨损试验机的功能特点。

　　环境可控是本试验机设计中的最大特色。目前大多数摩擦磨损试验机都只能在常温、常湿度条件下进行实验研究,但在实际工况下,机械材料工作的环境因素不稳定,有的是工作在湿度大、高温或低温等非常规场合。针对于此,本试验机在开发过程中添加了环境可控模块,其中低温控制采用先进的半导体制冷技术,高温控制采用电加热泵加热的方式,温控范围在-15~600℃之间;为了降低试验腔体的环境湿度,实验采用了向腔体通干燥氮气的方式,采用向腔体通入湿度发生器所产生的潮湿空气的方式以提高实验环境湿度;试验机可开展干摩擦和润滑条件下的摩擦磨损实验。模块化的设计方式,使得用户可以通过选装不同的实验附件、配备不同的环境条件,以进行多重环境因素条件下的旋转或往复摩擦磨损实验。

　　2　智能测控系统

　　2.1　测控系统总体概况

　　测控系统的开发包括硬件和软件2部分。硬件部分包括:相应传感器与测量控制仪间的信号输入输出匹配设计;信号传输过程的模拟滤波抗干扰措施。软件部分包括:利用串口通讯技术对载荷、摩擦力、试样表面温度、变频转速以及试验腔体的温度和湿度等信号进行采集与处理;利用剔除奇异项、平滑处理等方式对实验数据进行数字滤波[4];所测参数的多样化输出与保存以及利用反馈控制等方式对试验机进行规律控制等。