智能刚度测量仪

　　1引言

　　对弹性元件、弹簧等进行弹性测量是十分必要的，能够反映弹性体性能的关键技术参数是其刚度的大小，因此通过测量弹性体的刚度，也就判断出其技术性能。刚度仪虽然属于自动化仪表，但是其市场需求量比较少，应用范围也相当有限，然而使用刚度仪的一些用户都在比较重要领域，例如计量站、检测中心等，还有一些军工企业，对于弹性的技术要求比较高，需要对使用的弹性元件进行测量，以便保证试验和生产产品的可靠。

　　对弹性元件刚度进行测试的方法，是通过对弹性元件施加一个预压力，记录此时的预压力和位移作为初值，继续施加有效压力，并有位移产生，再记录此时有效压力和位移的数值，分别计算出有效压力和位移的差值，然后再计算刚度数值，将压力差值除以位移差值，就得到刚度值。当然施加预压力的大小对测量刚度值有一定的影响，因此，正确地选择预压力十分重要。

　　本文介绍的智能波纹管测量仪，具有压力的误差、位移的误差补偿，预压力的设置，自动测量显示和打印测量压力、位移、刚度数值。主要优点是:测量位移和压力信号时精度高、范围宽和分辨率高，配备了双单机系统，使得测量、运算和显示速度快，带有步进电机的上下移动机械结构控制压力传感器的移动，设置好预压力和有效压力、或者预先压力的位移和有效移动位移，按“自动测量”键，就实现了自动对被测件加载测量二测量完成后自动控制压力传感器卸载，加快了测量速度，约10秒钟可以测量一只样品.整个测量过程自动控制，避免了手动测量时间长、施加预压力难、需要人工计算刚度值等缺点。

　　合理的机械结构是高精度测量的重要保证，在机械结构设计方面，从最佳力学角度考虑，消除了由于传感器的受力变形而产生误差的影响，使得压力充分作用在被测件上，消除了主要的系统误差。在模拟电路和数字微机硬件电路设计中，选用了高分辨率、高精度的A用转换器和放大电路器件。模拟电路部分具有抗干扰、稳定度高等特点。测量位移传感器选用了测量精度、分辨率高的光栅测位移传感器，分辨率1卿，光栅位移传感器的细分、积分电路等部分具有采样和运算速度快等特点，配备了串行RS一232接口，使其和主控部分连接，控制方便、可靠性好。

　　2刚度仪原理及结构

　　智能刚度测试仪主要测量参数是压力和位移信号，其为围绕压力和位移传感器而设计的测量仪器。

　　智能刚度仪的电路如图1所示，压力传感器的上升、下降采用由步进电机组成的机械结构。步进电机有3项，每项的控制电流是4A，控制电源的供电电流要大于12A。光栅位移传感器单独配备一个辅助MCS一51型单片机，加速信号处理，经过倍频、运算后得到的位移数值通过RS一232接口传送给主单片机。压力传感器的灵敏度是20rnv/(skg，loV)，仪器内部只有士sv，压力传感器也用SV供电。22bitA用转换器AD7703，具有卜△(积分、微分)技术，既提高了转换速度，又增加了A/D转换的稳定性，输人电压是土2.5v。