拉伸试验用引伸计微机自动标定系统的设计

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摘  要:为满足现代化工业的测试要求,我们研制了适用于引伸计标定的微机自动标定系统,将微电子技术应用到金属材料拉伸性能测量试验用引伸计标定中.本文通过对给定量程和标距的引伸计变形信号进行分组,采集记录和简单计算,获得所测引伸计的较精确的一组电压值.然后用该组电压值进行分析计算,数据处理,误差分析,导出引伸计的基本标定参数,进一步确定引伸计的等级级别.重点讨论了程序设计方法,引伸计的标定过程,标定参数计算,引伸计数据采集程序,窗口界面以及各种功能控件的设计内容.

关键词:引伸计 标定 界面设计 数据处理
　

0  引言

在机械,化工,冶金,建筑,航天等许多现代生产中,常常需要对金属材料的机械性能如бb,бs,б0.2,,Ψ,Ε等参数进行检测.其中对金属材料进行拉伸性能测试是非常重要的一项检测内容,为了更好地保证材料拉伸性能测试结果的准确性和可靠性,是生产实验更安全,同时又最省材料,我们需要对其测试工具引伸计进行定期的标定.以前大多数采用手工的标定方法,操作繁琐,计算量大,检验精度也低,已经不能满足现代工业的要求;因此我们借助于现代化技术——计算机技术,设计了这套完整实用的引伸计微机自动标定系统的应用软件.这套软件能使引伸计出现过去无法满足的新功能.

1 测试系统硬件组成和工作原理

1.1 硬件配置

⑴ 引伸计本系统研究的是电阻应变片式位移传感器,标距e=15～100mm,量程:S=5～25mm,精度等级A～E级;

⑵ 高精度双通道数显放大器 *放大倍数为200,400,800,1600倍分档,中间连续可调; *双只4位半数码显示,内部基准标定电源,提供 +5,+10V传感器桥路电源,输出+10模拟电压,可配接各种信号传感器.

⑶ 高精度,高分辨A/D转换器 *分辨率为12位,精度等级0.05%FS; *采样速率20K次/秒,输入电压5.000V.

⑷ PC计算机.

1.2 工作原理

在测试时,将被标定的引伸计夹持在标距仪上,旋动标距仪上的标定测微计,逐级对引伸计施加位移量,通过引伸计内部的电阻应变片感受引伸计的长度变化信号并转换成电阻信号,传送到高精度放大器中,经其内部的精密电桥和线性放大电路预处理输出0～10V模拟电压信号,再由高精度,高分率的A/D转换器转换成数字电压信号,传输给计算机进行采集记录,计算处理和打印输出. 硬件系统工作流程框图如图1所示.

图1 硬件系统框图

2 引伸计的标定过程

在静态标定条件下,将引伸计全量程的位移伸长量分成10级,逐级对引伸计施加位移量,用计算机采集记录相应的电压信号变化和伸长值变化,直到满量程位置,然后退回零点;按上述过程再测量和记录两组数据,共得三组标定数据;最后用计算机对这三组数据进行分析计算,误差处理等,以得出引伸计的基本标定参数,如放大倍数,标定系数,最大误差等,判别出引伸计的等级级别,绘制出标定曲线.

3 软件设计

基于2中的标定系统要求,我们采用C++ Builder 5.0软件开发工具进行界面设计和程序编辑;同时为了编程设计的方便快捷,程序逻辑清晰明确,我构想出了一种自顶向下的层次结构设计方法.

3.1 C++ Builder 5.0

C++ Builder 5.0是一种面向对象的软件开发工具,它能集程序的代码,编辑,编译,调试等为一体,它不但为程序编辑人员提供一个功能齐全的程序编辑器,还可提供众多的可视化的控制元件,例如,功能按扭,菜单,工具条,状态条,系统时钟等等.通过将这些控制元件和程序编制相结合,我们可以创建出优美可观的软件界面和实用有效的应用软件.

3.2自顶向下的层次结构

设计方法构想自顶向下就是按照试验的操作次序一步步设计应用软件.层次结构就是把一个大程序先分成多层,然后按照一定的逻辑结构组合起来.自顶向下的层次结构设计方法就是把一个大程序从上到下逐层分解成多个大小不等的功能模块,以便将原来复杂的试验系统分解成多个彼此既独立又联系的小模块,然后再将这些小模块按照特定的逻辑结构或内部关系层层向上组合起来,实现原来大程序的功能,这种设计方法的关键在于小模块间的既分解又联系.用这种设计方法可以使整个程序的层次关系相当明确,试验系统的操作控制流程一目了然.

3.3 设计过程

在本系统的具体设计过程中我将引伸计微机自动标定系统的软件分成多个大窗口,再将各个大窗口间通过窗口间通讯,数据传递,处理过程等联系了起来.整个软件系统设计大致包括以下六个部分:窗口界面设计,窗口间通讯,数据采集,数据处理,曲线绘制,以及测试结果的显示储存和打印输出.

⑴ 窗口界面设计:主要完成下面六个内容设计.

①主窗口,主要包括菜单栏,工具栏,状态栏,课题展示等内容.

②数据输入窗口,主要包括试验人员,试验时间,引伸记号,标距,量程,零点采集等.

③数据采集窗口,主要提供各组电压信号记录框,平均值,误差值以及标定参数的信号记录框.

④标定曲线窗口,负责绘制和显示线性回归标定线,并可对曲线的比例和图形中各部分颜色调整.

⑤测试报告窗口,将前面各窗口的主要内容收集起来,集中显示输出,为打印输出服务.

⑥其他版本介绍,软件帮助等功能.

⑵窗口间通讯:负责控制窗口间的转换和联系.

⑶数据采集:负责接收A/D转换器传来的数字电压信号数据,并传输给"数据采集窗口"记录.

⑷数据处理:负责对输入计算机的数据进行分析计算,转换处理以及误差分析等,最终得到主要的标定参数.

⑸曲线绘制:负责绘制引伸计位移量—电压信号之间的关系曲线,并调节控制曲线内部各参数.

⑹测试结果的显示存储和打印输出:负责整理和存储本试验所要的主要数据,并设置打印输出功能,以便打印报告.

4. 引伸计微机自动标定系统的主要特点

⑴本系统具有屏幕显示,可用鼠标控制整个操作,因而标定操作方便快捷,显示直观易懂;

⑵采用微机进行数据采集和处理,提高了工作效率,且准确可;

    ⑶由测试结果可知,传感器的非线性均在0.1%左右,大大提高了检验精度.