手持张力测量仪自动校准技术

　　0 引言

　　手持张力测量仪广泛用于电线电缆、纺织化纤、金属线、碳纤维、塑料薄膜、纸张、印刷产品、胶片、铝箔等行业。手持张力测量仪的量值的准确性直接影响被测产品的质量。目前，国家还没有颁布关于手持张力测量仪的特定规程或规范，市场也无相应校准装置，只能参考《JJG911-1996 钢丝测力仪检定规程》、《JJG(机械)101-1992 界面张力仪检定规程》、《JJG805-1993 滑轮预加张力检具检定规程》等相关规程，利用标准测力仪、砝码等标准对手持式的张力测量仪进行校准。由于校准时状态与工作所处状态不一样等因素的影响，校准结果可靠性较差。笔者研究滑轮预紧式手持线缆张力仪的校准技术，自主研制了一套校准系统。

　　1 测量原理

　　校准系统测量技术原理框图如图1。将丝线水平固定在工作台上，一端连接高精度拉力传感器，一端连接步进电动机。中间的张力测量仪测量的是丝线张力大小，理论上分析应该等于拉力传感器所测量的拉力示值，以拉力传感器的测量值作为标准，与张力测量仪所测量值进行比较。拉力传感器的电信号通过信号放大器输入单片机，单片机控制步进电动机拉紧丝线张力大小。

　　2 校准系统设计

　　张力仪校准系统由机械装调系统和张力控制与测量系统组成。

　　2.1 装调系统

　　机械装调系统相对简单，主要由工作台和若干夹具组成。

　　2.2 控制与测量系统

　　1) 硬件设计

　　张力控制与测量系统硬件部分主要由电机、张力丝(线)、拉力传感器、电位器、调压电源、单片机和显示器(打印机)组成。

　　张力控制与测量子系统结构框图如图2，这种结构的设计，张力稳定性好，但电路和程序比较复杂。

　　在拉力传感器和单片机之间使用放大器，其电路设计如图3。

　　调“0”就是放大器的零点调整，即当拉力传感器不受力时，输出电压值应为0，调整此电位器可以实现放大器的输出电压值为0。

　　满量程调整是调整放大器的放大倍数，当传感器受力最大(额度受力)时，输出电压应是最大值，若单片机管脚3.3 V 为高电平，可将其调到最大额定电压(3 V)，它的大小决定了传感器的测量准确度。

　　220 μF 电容起到滤波作用，让张力传感器和单片机不互相干扰。

　　拉力传感器采用了箔式应变片，具有精度高(非线性为±0.05%FS、滞后误差为±0.05%FS、重复性误差为±0.03%FS )、稳定性好( 零点温度系数为±0.3(%FS)/10 ℃)、负荷过载大(允许过载负荷为150%FS)，并且长期运行安全可靠等特点。可选择内置式变送器，标准信号0～10 mA、4～20 mA 或0～5 V 输出。