拉力试验机的计算机辅助测试系统

　　笔者应用电子技术和计算机技术改造我校的一台LJ—5000A型机械式拉力试验机,使其各种测试功能通过Windows98支持下的窗口软件与硬件组成的测试系统来实现,克服了该机测量系统机械传动误差大,惯性大的缺点。

　　一、原试验机测试系统

　　主要参数:测力系统的测试范围为1,2,5档级。测量精度为>±1%。其测试系统基本原理是杠杆—摆锤式测力机构,受力时摆锤摆起通过一系列杠杆传递,再通过指针度盘式指示机构测力。由于该机负荷较大,比一般小负荷机还多设置一条减力杠杆。测试系统的特点:不能直接测出σsu、σsl、σb,要先测试出力值,试验后再换算出结果。测σ _0.2、E、δ值还需用其它设备辅助测试后再经过换算得出结果。由于传递杠杆较多、机械惯性及滞后现象,造成测量误差较大。无变形、绘图系统。绘图是通过其它设备辅助完成,曲线不够清晰,一般只能作为定性分析依据。测试范围档级的选取需要人工加减重锤。

　　二、改造后试验机测试系统

　　主要参数:测力系统的测量范围扩展为1,2,5,10,50档级,控制信号的放大倍数最小为1000;最大为10000。测量精度为<±1%。其基本原理:试验过程中,传感器作用是把试样受力及变形这两个物理量转变为电阻的变化,而又进一步把它转换为电压为10mV左右的微弱电量,将信号放大到10V,满足A/D电路的输入要求。主要通过两方面提高了测量精度,一方面测量总是从最低档开始,精度范围得到展宽;另一方面是采用12位的D/A转换器作满度校正,使传感器实现了最理想的分段线性比,用微机作增益微调,使整个测量系统的精度为<±1%。变形测量是通过应变式引伸仪来实现的。

　　测试系统的特点:试验完毕后,能立即自动求取:σsu、σsl、σb、σ0.2、E、δ值,无需其它设备辅助求取。测量放大系统精度高,实现了自动换档、清零,操作简单。

　　该系统的软件采用BuilderC++语言编写,该语言提供了丰富的组件,具有可视化界面及强大的数据库,软件实现数据采集、处理以及控制。有变形、绘图测量系统。操作者可根据拉力试验的各种要求来选用各种试验软件,自由输入试验参数,完成拉伸试验的数据采集、处理、绘图、显示,试验完毕后可立即打印出试验报告的计算结果、图形。曲线放大功能提供1~10倍的可调信数,曲线比例可按任意尺寸、位置打印。测量范围扩展是通过改变负荷放大器的放大倍数来实现。无需人工加减重锤,减轻了劳动强度。

　　三、计算机辅助测量系统放大电路

　　如图1所示,该系统采用载波调幅原理,具有稳定度高、抗干扰力强的特点。

　　为了使信号放大后仍保真、低噪、稳定,采用了交流供桥方式来克服零位的漂移,如图1所示,前级选AD625专用测量放大芯片。在芯片内,输入缓冲器采用高性能、低漂移的运算放大器,用先进的激光技术改善偏移电压及温度漂移,输出级接成单位增益差动放大器,四个匹配良好的20kΩ电阻用以保证获得良好的共模抑制比。被交流放大器放大后的信号送入相敏解调器及有源低道滤波器。最后通过可编程放大器(PGA100)改变末级直流放大倍数实现各档分别输出0~10V电压的要求,最后经满度校正即为负荷信号。电路适当加入直流放大分量,可减少交流放大倍数,免去电容平衡调整,从而消除零漂,并省去繁琐的调节。该放大器的换档、清零均由计算机直接控制完成。试验机的测力精度是很重要的指标,放大器选用高精度的可编程仪表放大器芯片及无变压器的相敏解调器芯片,使元器件、连线大幅度减少,有助于提高可靠性和增强抗干扰能力,使整机衰减倍数达1∶100,并使整个放大器集中在一小块印刷电路板上。