多用途应变仪的构建与应用

　　0　引言

　　以钕铁硼(NdFeB)为代表的稀土合金系列永磁材料是磁性能(能量密度)最高、应用最广,发展速度最快的新一代永磁。目前,国内烧结NdFeB永磁材料的制作工艺普遍采用粉末冶金法。高性能Nd-FeB永磁材料的工艺过程是一个系统工程,其生产过程的每一个工艺环节对最终产品的性能都有不同程度的影响,而其中的压制成型工序更为明显,该工序的设备状况好坏,将直接影响产品质量,影响材料的利用率,因此研制一种能实时监控设备运行状态,安全状态的仪器是目前我公司的迫切需求,基于客户的推荐和调研,我们决定用美国NI公司的硬件及其功能强大的软件,构建多用途应变仪,以适应各方面的需求,本文简述该应变仪的构成原理及其在生产过程中的应用。

　　1　应变仪构成的基本原理

　　本方案采用直流电桥测量应变传感器电阻值的变化,从而测量被测对象所受到的微小应力。

　　在实际测量中,应变片的电阻变化是非常微小的,如某一应变传感器的灵敏度常数GF=2,R=120Ω,其应变量ε=500με,则其电阻的变化量为:。要测量如此微小的变化,需建立惠斯登电桥来实现微小变化电阻的测量,如图1所示。

　　2　多用途应变仪的构成

　　基于客户的推荐,我们选用了美国NI公司组件构成了我厂生产上急需的多用途应变仪,采用积本式结构,构造了多种多样的应变仪,以虚拟仪器的形式,在电脑上实现,现以半桥双臂电路为例说明其组成方案。

　　2·1　组桥

　　如图2所示,在SCXI-1121模块(信号调理模块)中,提供了组成半桥双臂电桥所必须的两个精密电阻,R1和R2,R3和R4为两个应变传感器取代,在SCXI-1121模块中,R1=R2=2.5kΩ,0.02%精度。

　　2·2　桥的激励电压

　　激励电压目前还没有工业标准,通常3V左右或10V,激励电压越高,输出电压就越高,由于自身热损耗造成的误差也越大,所以激励电压稳定,精确是必须的,在本项目中,我们先用NI公司的信号调理模块SCXI-1121提供的3.333V或10V两种可选电压。

　　2·3　信号放大

　　应变传感器的输出电压是非常微弱的,本方案采用NI公司的SCXI信号调理模块,最高可以得到2000倍的增益,因而具有非常高的灵敏度和分辨力,极大地改善了系统的信噪比。

　　2·4　电桥的平衡和调零电路与方法

　　(1)软件补偿:在被测件发生应变前,检测应变传感器的输出V0(未受应力),并存于电脑中, V0(受应力)为应变传感器受到应力时的正常输出,则参数

　　在由LabVIEW构成的虚拟仪器的计算应力函数中得到体现,该方法简单、快捷,不需人工调节,但不能消除零漂。在实际工作中,需与其它方法联合使用,且必须在使用其它方法消除主要零漂的基础上使用,否则会极大地影响放大器的动态响应范围。软件补偿是本项目的一个突出的优点,充分利用计算机软硬件的强大功能。