计算机控制负载测量系统研究

　　一、引言

　　压力试验机或拉力试验机的检测,计量部门通常使用标准测力仪和秒表来测量其力值准确度和加荷速率。例如液压式压力试验机,国家标准(GB/T3722—92)规定,测量时必须采用试验力递增方式,在最大试验力的20%、40%、60%、80%和100%五个点测量力值准确度,电液式水泥压力试验机技术条件(JB/T8763—1998)规定,加荷速率的测量要从最大试验力的10%~100%分五段进行,用秒表记录每段的间隔时间,通过求平均值的方法来测量加荷速率。我们发现,采用这种方法,并不能真实的反映试验机的某些技术指标,尤其是加荷速率。为此,我们研制了一种能够全程测量加荷力值,实时检测加荷速率,自动分析处理测试数据的计算机控制自动测量系统,取得了良好的效果。

　　二、测量系统构成

　　测量系统构成如图1所示,包括传感器、信号放大器、A/D、下位机(单片机)、RS232接口、上位机(计算机)和测量软件。被测信号通过传感器转化为电信号,放大后由A/D转换为数字信号,经RS232送入计算机分析处理。

　　考虑到试验机品种、规格繁多,最大试验力和精度要求也不一样,系统配备了0.1kN~2000kN系列压力和拉力传感器,可根据具体要求选择。

　　三、硬件设计

　　信号模数转换采用12(或16)位A/D,采样电路由信号放大器、多路转换开关、低通滤波器、采/保和A/D转换等部分组成。图2所示为模拟信号输入电路,采样频率及控制参数可根据被检对象具体要求由上位机设定。下位机通过RS232与上位机通讯,内部设计了数据存储区和数据缓冲区,分别用于保存上位机传送的控制参数和下位机采样数据。

　　数据包是上位机和下位机进行交换的数据传送格式,数据包传送的准确性是通过数据包长度校验和运算校验来保证的,数据包格式如下:

　　四、测量软件设计

　　测量程序设计框图如图3所示,包括负载测量、加荷速度测量、数据处理、特征值提取、数据保存、图形显示和故障诊断等功能模块。

　　系统开机后,上下位机首先进行自校自检,并显示检测结果,提示解决办法。系统自检完成后,先设置测试参数,包括选择试验机类型、检测项目和控制参数等。

　　负载测量分手动和自动两种工作模式,系统自动完成传感器零位检测和温度补偿。检测时实时显示检测数据,并自动完成数据分析处理;测试结果保存在数据库中,可随时查询打印。测量项目包括示值相对误差、示值重复性相对误差、示值进回程相对误差、零点相对误差、示值相对分辨力、加荷速度精度、正常速度起始点等项目。