300kN壓力試驗機控制及測量系統研究

    一、引言
  300kN壓力試驗機主要用于水泥膠砂抗壓強度的測量，是水泥生產企業和建工建材質量技術監督檢測部門必備的計量設備。在水泥膠砂抗壓強度試驗中，加荷速率是影響測量結果準確與否的主要因素。新頒布的水泥抗壓強度試驗標準( GB/T17671 - 1999)和電液式水泥壓力試驗機技術條件(JB/T8763 - 1998)明確規定，試驗機必須具備恒速率加荷功能，加荷速率控制在(2.4±0.2)kN/s范圍內。針對我國壓力試驗機行業的具體特點和新標準的規定，我們研制了微機控制300kN壓力試驗機控制及測量系統，不僅適用于新型壓力試驗機的生產，還適用于老式壓力試驗機的改造。
    二、液壓系統設計
    壓力試驗機是一種典型的機電液一體化產品，電液控制及測量系統是壓力試驗機的核心，對整機性能起著關鍵作用。系統的液壓原理如圖l所示。系統采用單作用式液壓缸，溢流閥起過載保護作用。數字式微小流量閥由一只節流閥和一只等差減壓閥組成，作為系統的控制元件，通過調節閥的輸出流量來控制系統壓力，該閥利用步進電機為電——機械轉換元件，直接采用數字方式控制。微小流量閥工作原理如圖2所示。考慮到徑向力平衡關系，設計中采用了對稱開口結構，在閥蒼上開有一對與油泵相通的P口和一對與油箱相通的T口，在閥套上開有一對與油缸相通的三角形A口。當步進電機從零位順時針進給時，P-A導通，系統加載；當步進電機從零位逆時針進給時，A-T導通，油缸卸載，泵出口流量通過等差減壓閥回油箱。
    三、測控系統構成
    恒加荷壓力試驗機控制系統原理如圖3所示。液壓缸負載腔的壓力（或試塊承受的壓力）信號通過壓力傳感器（或力傳感器）轉化為電信號，放大后由A/D轉換為數字信號并通過RS232送人計算機，經過PID控制器運算后得到閥的開口過流面積增量，并將該值通過RS232送到控制器控制步進電機驅動器驅動步進電機，帶動閥芯改變閥的開口過流面積，通過調節閥的輸出流量，控制試驗機按給定的速率均勻加荷，實現系統閉環控制。
2．抗壓強度測量
在閉環恒加荷控制中，系統采用梯度法實時對試塊進行破型判斷，試塊破型后系統自動卸荷，并按標準要求自動計算測量數據，保存測量結果。
    3．精度標定及檢測
    傳感器通過標準測力儀來標定，擬合的方法，在全量程的任何一點上，使傳感器的輸出和“標準測力儀”的輸出相吻合，并使其誤差控制在國標規定的范圍內，這部分工作在軟件中完成，采用的方法是一般的插值法。標定數據以文件形式保存，用插值法建立傳感器輸出信號和試驗機輸出力的映射關系，保證試驗機的測試精度。
    試驗機檢測模塊用于計量部門檢測試驗機精度，它改變了傳統的檢測方法，檢測時試驗機以0.3kN/s勻速加荷，通過人機交換方式檢測設定點的精度，設定點可以任意選擇。
    4．數據管理
    試驗結果保存在數據庫中，軟件設計了多種查詢方式和報表打印功能，為了保證數據真實性，消除人為影響，數據庫加裝了密碼鎖，用戶無法修改數據。軟件還設計了網絡功能，可遠程發送數據。
    系統軟件采用VC++6.0編寫，人機界面友好，操作簡潔、方便。
    五、系統性能特點
    1．利用現代控制和測量技術，提高了壓力試驗機控制和測量精度，試驗結果由計算機保存，消除了人為因素的影響。
    2．系統為負載適應型液壓系統，具有節能、抗污染能力強、成本低等特點。
    3．采用數字式微小流量閥，能夠從零工作壓力開始加載。該閥利用步進電機驅動，采用步進電機細分控制技術，實現了數字方式控制，抗干擾能力強，無滯環，提高了控制精度。
    4．利用該系統進行傳統壓力試驗機的改造，可實現手動／自動兩種功能，增加了系統的容錯性，提高了系統的可靠性。
    六、試驗結果
    試驗按照GB/T17671 - 1999要求進行，加荷速率v= 2.4kN/s，要求速率誤差<±0.2kN/s，載荷輸出精度< ±1%�◎灩ぷ髋_架為無錫建材儀器機械廠生產的NYL---300型壓力試驗機，泵額定壓力P= 31.5MPa，額定流量Q=1.25L/min。  

  七、結論
  微機控制300kN恒加荷壓力試驗機控制及測量系統具有結構簡單、控制性能好、測量精度高、可靠性好、抗污染能力強等特點，其性能指標完全滿足國家標準的要求，到目前為止，已有1500多套該產品在全國各地使用，取得了良好的經濟效益和社會效益。(http://www.51yaliji.com)