机械毕业设计（论文）万能材料试验机数字化改造【全套图纸】.doc

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1、目录摘要2第一章绪论61.1研究目的与意义61.2国内外研究动态及现状分析71.3 内蒙古科技大学WE-600液压万能材料试验机现状81.4本章小结9第二章WE-600液压式万能材料试验机装置介绍92.1 WE-600型液压试验机现存主要问题及改造的必要性92.2 WE-600型液压试验机的构造及原理112.2.1液压式万能材料试验机的结构112.2.2液压万能试验机工作原理132.3 WE一600型液压试验机的技术性能142.4本章小结15第三章WE一600液压式万能材料试验机数字化改造153.1主要改造内容153.2系统总体方案设计163.2.1测试方案比较163.2.2设计原理193.2

2、.3 升级改造中所要解决的关键问题213.3硬件设计253.3.1压力变送器263.3.2电子引伸计273.3.3位移传感器器303.3.4控制装置的选择363.3.4.4VT一5005BS型电液比例控制器433.3.5油泵电机控制443.3.6数据采集卡设计453.3.7干扰分析与抗干扰措施603.4软件设计643.4.1系统软件开发平台和工具选择653.4.2 功能模块设计要求663.4.3容错处理713.5本章小结71第四章 结论与展望714.1结论714.2展望73致谢74参考文献75摘要随着国内外自动化水平的不断提高，设备的智能化要求己成为目前科学领域中研究的主要目标，以往纯粹的机械

3、传动的设备己不能适应形式的需要。提出了机一电一液三者相结的新型设备。液压万能试验机技术在国内外得到了迅猛发展，新型试验机自动化水平高，操作简便，可靠性高，稳定性好。除了控制系统外，还采用高精度力与位移测量系统及计算机采集处理等技术，在功能上大大超过以前的试验机，尤其在测试精确度方面是旧式材料试验机无可比拟的，能够满足用户多方面测试的要求。全套图纸，加153893706 新式的试验机无论在功能上还是在外观方面都深受使用者喜爱，然而其昂贵的价格却使人望而生畏。旧式的试验机虽然在操作上比较落后体积也比较庞大，但其操作方便，油压系统耐用，使用寿命较长，容易使用，这就使许多试验机使用者希望在原设备基础上

4、进行升级改造，不但大大节约投资成本，在测试精度方面也能得到满足。 我校的WE-600液压式万能材料试验机主要用于实验教学工作，每次的实验数据处理较烦琐，误差也较大。但设备其它功能完好，操作方便，丢掉太可惜。希望能在原基础上改进，最大程度上发挥其功能。不但节约了成本，并让参与改造者提高自身的技术水平，有利于高校师资力量的提高。从教学效果上来，学生既能受到现代控制理论学习，而且能加强对基础知识点的掌握。本篇论文中就对旧式的液压式万能材料试验机进行智能化改造做了论述。介绍了改造试验机的必须的条件，相关传感器的选择及应用，数据采集系统的组成以及试验数据的处理方法等等。该系统的改造除保留了原有的手动加载

5、部分，另增加了一条支路，用电液比例阀来控制试验机的加载速率。这样既可以手动操作又能实现自动化控制。在进油管处增加高精度压力传感器，用来检测系统的压力;并且用了位移测量系统及计算机采集处理等技术，实现数据的自动采集、分析和处理。在数据采集上，采集速度快、测量精度高;在数据分析上，考虑得更加周全;在数据处理上，具有智能交互、图文并茂的特点，能以数值显示、图表、曲线等多种方式表现实验数据，并可根据教学要求对实验数据进行各种分析与处理。让试验机在信号检测、数据处理方面更接近现代试验机发展水平，是迎合目前国内外的试验机发展面向智能化、准确化，操作简便，稳定可靠趋势的需要。关键词:液压式万能材料试验机;测

6、试;传感器;数据采集;处理AbstractWith the advance of automatization at home and abroad，the request of intelligent of equipment becomes the main aim scientific research. The pure mechanism transmission equipment cant fit the need of the situation，so of Electro一hydraulic.The teachnic the new equipment consist hyd

7、raulic pressure omnipotence test machine has been developed at home and abroad.The new test machine has merit of high automatization level，easy operation，high reliability and good stability.Besides the control system, the high precision，displacement measure system and computer collection disposal ar

8、e adopted.That make the new one much better than the old test machine on the function especially at the aspect of precision of testing.It can satisfy the request of different aspect of customer. The new test machine is welcomed on both aspects of function and appearance.But the high price make peopl

9、e hesitated.Although the old one is dropped behind on operation and has large cubage， it has merit of convenient operation，reliable oil press system and long life一span which makes the users want to rebuild it.That not only save the cost，but also make satisfied on precision of testing. The WE一600 hyd

10、raulic omnipotent material test machine is used in experimentation and teaching.Dealing with the experiment data is complex.But the other function of the equipment is good，so its pity to take it away.To advance it not only save the cost but also develop the level of the modifier.On the hand of teach

11、ing effect，students can learn modern control theory and strengthen the mastery of basic knowledge.This thesis discuss about the rebuild of old hydraulic omnipotent material test machine and introduce the necessary condition of rebuild，chose and application of related transducer，form of data collecti

12、on system and method of examination data. The rebuild of the system reserve the former manual load part and add another spur track.That is control the loading speed of test machine by using the electro一hydraulic proportion valve.It can both operate by hand and by automation.Adding the high precision

13、 press transducer at the entrance to check the press of the system. Using the displacement measuring system and computer collection technology to make automotive collection, analyzing and disposal.On data collection aspect，it has merit of fast speed collection and high precision measurement。On data

14、analyzing aspect，i t i s more complete. On the aspect of data disposal，it has specialty of aptitude alternation and with document and illustration. It can display with data, diagram and curve.It can also analyse the data according to the teaching request.To make the test machine close to the modern

15、test machine on the aspect of data disposal and signal examination is the necessity to cater for the development of test machine at home and abroad that face to intelligentize，accuracy，easy operation and reliability.Key words: hydraulic universal material testing machine;test: transducer；data collec

16、tion;disposal 第一章绪论1.1研究目的与意义 WE-600液压式万能材料试验机主要用于原材料的力学性能检验和对各种金属、非金属材料进行拉伸、压缩、弯曲等试验的实践教学。目前，该设备依靠手动阀来加荷、卸荷，通过指针盘来读取数据。测试手段落后，自动化程度不高，要得到最终的实验数据还得靠人工测量计算。精度较低，检测出的部分力学性能指标达不到国家对金属材料的检验标准。不适合现代试验机发展要求。为提高设备的智能化水平，在原基础上进行升级改造。利用传感技术和数据采集技术，由微机对数据进行自动处理和打印输出。建立一套微机自动测试系统。所建立的测试系统自动采集压力、位移信号，并对其分析和处理，最

17、终绘制出整个试验过程的多种试验曲线，并按报告的格式将结果打印出来。在论文中对改造后的WE-60液压万能材料试验机这套微机测试系统各个环节进行了详细论述。这就是论文选题的目的。 新式的试验机无论在功能上还是在外观方面都深受使用者喜爱，然而其自动化程度高，操作简单容易，并不很适合教学中对学生知识点的培养。而旧式的试验机虽然自动化程度较低，体积也比较庞大，但其操作方便，油压系统耐用，使用寿命较长，容易使用，在精度要求不高的情况下对材料进行性能检测仍能满足用户的需要。这就使许多试验机使用者不忍舍弃旧设备，而更倾向于在原设备基础上按需要做一些技术改进，来提高其自动化水平。于是在90年代初，我国已开始利用

18、微机和传感器技术对旧式的材料试验机及监测等设备进行技术改造，实现数据的自动采集、分析和处理。提升旧式的试验机设备的技术含量，符合现代设备智能化水平的需要，是一条经济有效的途径。特别高等院校完全可以利用现有的技术条件，充分发挥人才优势，实现旧设备的升级改造。不但节约资金，提高设备利用率，而且有利于教学开发。因为改造的各个环节都是直观的，其中包含了机械、检测、计算机应用及自动控制学科内容，这对这些专业的学生提供了很好的实践学习的机会。直接购买成品是不可能达到这种效果的。因此，利用各技术环节启发学生，培养学生计算机应用能力，是适应社会发展需要;将旧式的液压式万能材料试验机进行智能化改造，也是迎合目前

19、国内外的试验机面向智能化、准确化，操作简便，稳定可靠趋势的发展需要。通过这种改造，还可以大大提高参与人员的技术水平，有利于学院师资力量的提高。从经济的角度来说，极大的节约了成本。购买新设备需要十几万，而升级改造估计不过四五万元。还提高了旧设备的利用率。所以，旧设备的升级改造是许多单位特别是大专院校积极推广的方式。1.2国内外研究动态及现状分析 随着国内外自动化水平的不断提高，设备的智能化要求已成为目前科学领域中研究的主要目标，以往纯粹的机械化设备已不能适应形式的需要。近年来国内外液压万能试验机技术迅猛发展，除了控制系统外，还采用高精度力与位移测量系统及计算机采集处理等技术，在功能上大大超过以前

20、的试验机，尤其在大负荷上液压万能试验机及各种压力试验机具有更大优势。试验机发展正朝着自动化水平高，在操作简便，可靠性高，稳定性好方向发展 日本岛津UEH型及美国STEX公司的HVL型液压万能试验机均采用电液伺服阀控制双向油缸，负荷、变形、位移控制均实现电液伺服闭环控制，同时具有电子测量和计算机数据处理功能。 西德申克公司UPM液压式万能材料试验机其控制原理采用由速度控制器控制力矩电机，从而带动压力控制施加负荷，并具有速度电流反馈，是一种传统的控制方式。 在国内济南试验机厂与其他厂家合作研究500KN微机控制液压万能试验机与日本岛津产品相似，采用伺服阀控制。此外济南试验机厂已引进日本500KN的

21、UDH型电液伺服阀式万能试验机。功能更加完善，数据精确度更高。这种微机控制电液伺服万能试验机，可对金属、非金属以及构件进行拉伸、压缩、弯曲、剪切、剥离、撕裂、低周循环、蠕变等试验，可以满足ISO, GB, JIS, ASTM,DIN等多种试验方法及标准，整个试验过程实现全自动化操作。测量控制系统采用计算机卡式设计，采用光电隔离集成电路。具有抗干扰能力强，质量可靠，稳定性高等优点。同时还有自动调零，自动标定，自动换档等功能，分辨率可达到1/100000，各种参数设置都由软件完成，无人为调整环节，误操作率低，所有操作根据屏幕提示，点击鼠标即可完成，使用方便。还可以绘制多种试验曲线，具有曲线数据存储

22、及曲线放大功能，有完整的数据库软件接口供用户使用;维护简单，需要软件升级和微机联网也非常方便。试验机的夹具方面也做了相应的改进，将以往手动装夹试样改为液压控制夹具，从根本上解决了试样打滑、装夹试样困难的问题。试验机的外观更加小巧，操作环境干净使人愉快。 新式的试验机无论在功能上还是在外观方面都深受使用者喜爱，然而其昂贵的价格却使人望而生畏。旧式的试验机虽然在操作上比较落后，体积也比较庞大，但其操作方便，油压系统耐用，使用寿命较长，容易使用，在精度要求不高的情况下对材料进行性能检测仍能满足用户的需要，这就使许多试验机使用者不愿意弃旧迎新。于是在90年代初，我国己开始利用微机和传感器技术对旧式的材

23、料试验机及监测等设备进行技术改造，实现数据的自动采集、分析和处理，提升旧式的试验机设备的技术含量，符合现代设备智能化水平的需要，是一条经济有效的途径。通过对设备的改造，可以使参与者提高自身的技术水平，培养新型复合型的人才。 综上所述，将旧式的液压式万能材料试验机进行智能化改造，是迎合目前国内外的试验机发展面向智能化、准确化，操作简便，稳定可靠趋势的需要。我校的WE-60液压式万能材料试验机的智能化改造，保留了手动加载部分，增加高精度压力与位移测量系统及计算机采集处理等技术，让试验机在信号检测、数据处理方面更接近现代试验机发展水平，形成一套试验机微机测试系统。在论文中，将详细论述试验机微机测试系

24、统。1.3 内蒙古科技大学WE-600液压万能材料试验机现状我院材料力学实验室目前使用的WE-60液压式万能材料试验机为传统的试验机，主要用于学院材料力学课程的实验教学。该设备从购置使用至今。靠手动调节油缸进油回油流量，从而控制活动钳台的升降速度。加载大小由带读数盘的指针指示，人工读取数据。绘图滚筒通过无弹性的细绳与活动钳台相连，能粗略地绘出力与位移的关系曲线。最终结果如材料的强度性能指标、延伸率和收缩率等需人工计算来得到。虽然能够完成材力实验教学要求的基本实验，但测试水平落后，误差大。随计算机技术的飞速发展，材料力学性能的自动化测试已成为测试技术现代化的重要标志。现在生产的试验机均已配置了计

25、算机自动控制处理系统。高等院校基础实验设备的现代化装备水平，应该与厂矿企业、科研院所同步甚至超前，让学生在实验中得到计算机应用能力的培养，这样毕业后才能适应工作岗位需求并有进一步发展的潜力。由于资金条件的限制，我院目前全面更新试验机不太可能。因此在现有试验机上，通过添加数据采集系统和计算机分析处理系统，而使试验机得到升级改造，不失为一种有效的手段。保留了手动加载部分，增加高精度压力与位移测量系统及计算机采集处理等技术91，让试验机在信号检测、数据处理方面更接近现代试验机发展水平，形成由传感器检测到数据采集和送微机进行数据自动处理的一套试验机测试系统。1.4本章小结液压式万能材料试验机的智能化是

26、时代发展的需要，无论在企业还是学校多应该适应这种要求。由于各种原因许多单位采用了在旧设备基础上进行升级改造，既节约了成本又能从改造中获益，而且能根据企业自身的特点和对设备的需求做改进，很灵活。这一章节主要阐述了液压式万能材料试验机升级改造课题的产生背景以及改造的必要性，为后面的内容做铺垫。第二章WE-600液压式万能材料试验机装置介绍 WE-600液压万能材料试验机主要用于原材料的力学性能检验和对各种金属、非金属材料进行拉伸、压缩、弯曲等试验的实践教学设备。这篇论文主要是论述WE-600液压万能材料试验机的数字化改造的过程，为了更好地阐述这个问题，在本这章节中对原来设备存在的主要问题、结构原理

27、、工作状态及相关的性能作介绍。2.1 WE-600型液压试验机现存主要问题及改造的必要性 目前试验机存在的主要问题有: (1)测量精度低 该系统通过油泵输出油液进入工作油缸，对试样施加载荷;同时进入测力油缸，带动联动摆捶，用推杆推动测力读盘指针，由读数盘指针读取数据。由于测力活塞与工作活塞的截面积之比，在试验机校验后已成为固定值，因此，测力指针能成正比地反映试样载荷值。读数盘最小精度为0.5 KN/格，且由人工读取数据，导致测量精度低。 (2)无法定量控制加载速率 试样加载速率控制是操作者按经验调节节流阀开口度从而控制进入工作油缸的进油量来实现的，这种控制方式与操作者的经验有关，根本不能实现定

28、量控制。 (3)曲线绘制单一 目前试验机只能粗略绘制应力应变曲线，不能定量指出各时刻对应数字的大小。也无法绘制其它相关的曲线。 (4)效率低 现在试验机数据处理手段大部分靠人工完成，花费时间多。既费时又费力。 随着科技的进步，人们需要现代化的测试手段，对设备的功能要求越来越高，希望能减轻劳动力，显然这台试验机与现代机电液一体化设备的发展已不相适应，它的测试手段已远远跟不上现代测试技术要求，测试结果的精确度得不到保证，必须升级改造。2.2 WE-600型液压试验机的构造及原理2.2.1液压式万能材料试验机的结构图2-1为WE-600液压式万能材料试验机的结构原理图。试验机由主体和测力计两部分组成

29、。加载部分采用液压原理，以动摆测力计29指示试验载荷。图中右边部分为试验机主体部分，两根立柱2用螺帽固定在机座1上，其上端装有固定横梁3，工作油缸4固定在固定横梁中央，工作油缸内的工作活塞5用防震调心球端轴支持着上横梁6。拉杆的上端固定在上横梁上，其下端固定在试台8上，当油泵输来的油液使工作活塞上升时，试台亦随之上升，试台前后两侧面装有刻度尺用以指示弯曲支座10间的距离。下钳口座12装在机座中心的丝杆上端，丝杆受蜗轮螺母15控制，当开动下钳口座升降电机14时，由于蜗杆带动蜗轮旋转，使丝杆带动下钳口座做上升或下降运动，故能按试验要求调整下钳口座的位置。支柱上装有刻度尺，在刻度尺上可以看出试台的升

30、降距离或试样的变形长度。变形放大装置装在试台和下钳口座上，通过线绳33与测力计描绘筒32相连。 上图中左边部分为试验机的测力机构。在测力油缸22内装有测力活塞23,该活塞经过夹具与蜗轮相连动，当油泵开动时油泵16上的槽轮通过皮带带动蜗杆上的皮带轮，使蜗轮蜗杆及测力活塞旋转，因此测力油缸和测力活塞之间由静摩擦变为动摩擦，从而提高了测力活塞上下滑动性能，提高了示值精度。 该试验机具有自动绘图功能，由装在测力计上的重锤导轮、描绘筒、装在主机下钳口上的放大轮和顶杆，装在上钳口的调整杆等组成。下钳口上的放大轮和测力计上的重锤、描绘筒、导轮间由二胡弦连接，同时，二胡弦绕过放大轮与描绘筒的三个沟槽，可得到五

31、个变形(应变)放大比，即大轮与大沟槽组合可放大20倍，与中沟槽组合可放大40倍，与小沟槽组合可放大50倍。小轮与大沟槽组合可放大10倍，与中沟槽组合可放大20倍(与大沟槽相同)，与小沟槽组合可放大25倍。使用时可根据具体情况选择。使用时下钳口上的放大轮上的二胡弦按逆时针方向缠绕，由于重锤的重力通过二胡弦经过描绘筒和导轮传至放大轮，使放大轮产生旋转和顶杆上移的趋势，上钳口上的调整杆可进行上下调整，直至将顶杆压下到将近最低位置。这样，试验时，上钳口上移，重锤上的二胡弦带动描绘筒旋转，并带动放大轮使顶杆上移跟随上钳口移动，描绘筒上方笔架上的记录笔，既可在描绘纸上描绘出放大了的负荷(应力)变形(应变)

32、曲线。该装置描绘的曲线，其负荷(应力)数值较为准确，变形(应变)部分反映的是上下钳口间的位移，不完全是试样的真正变形，所以数值并不十分准确，但对屈服点，强度极限等反映的比较直观。要绘出准确的曲线图，需要经过升级改造。测力活塞与立柱工作活塞的截面积之比，在试验机校验后已成为固定值，当油压作用在测力活塞上，侧力活塞向下移动，通过联板组件及上部方铁使主轴带动摆杆26及摆锤25产生一角位移，这个角位移的大小与加到测力活塞上的载荷大小，以正比例推动丝杆构封闭在玻璃罩内，三种测量范围刻制在一个度盘30上，由主动指针和从动指针指示载荷值。2.2.2液压万能试验机工作原理如图2-1所示，液压控制系统由测力计内

33、的油箱37，高压油泵16、送油阀17、回油阀18，测力油缸活塞23、主机工作油缸4，工作活塞5等组成。图2-2为液压万能试验机的液压控制系统原理图。通过对送油阀、回油阀的操纵，控制试验机不同的工作状态:试验机启动后，电动机1带动高压油泵2把液压油输送到节流阀4，该阀手轮关闭时，由于油压的作用，油阀内的活塞后移，压力油从溢流阀9回油箱。当手轮打开时，油液经节流阀节流后从油管进入工作油缸7,在压力油的作用下，工作活塞向上移动对试样加载，进行拉伸、冷弯、压缩等各种试验工作:同时压力油进到测力油缸6，测力油缸内的测力活塞在压力油的作用下下移，通过拉板、摆杆、推板、丝杠等测力联板组件使指针在度盘上移动，

34、指示出试样上负荷数值。测力活塞与主体工作油缸活塞的截面积之比，在试验机效验后己成为固定值，因此作用在两者截面积上的总载荷是与两者截面积成正比的，当油压作用在测力活塞上，测力活塞向下移时，通过联板及上部方铁使主轴带动摆杆及摆陀产生一角位移，这个角位移的大小与加到测力活塞上载荷的大小是能以正比例地推动推杆，使指针在测力度盘上指示出作用在试样上载荷的数值。当试样断裂或卸荷时，开启截止阀8，调节节流阀5把工作油缸中的液压油卸放回油箱。由于该油路具有单向节流作用，可有效地防止摆锤冲击，起到缓冲作用。工作台随之复位。2.3 WE一600型液压试验机的技术性能最大载荷: 600千牛顿测量范围: O12OKN

35、，0300KN，0600KN度盘分度值: 0120KN 0.5KN/格， 0300KN l.OKN/格， 060OKN 2.0KN/格拉伸夹头间最大距离(包括活塞行程): 075Omm拉伸试样时两支柱间距离 : 580mm矩形试样最大夹持宽度: 80mm矩形试样夹持厚度: 30mm圆形试样夹持直径: 1040mm上下压板间距离: 0300mm上下压板尺寸: 204x204(mm)压缩试验时两拉杆距离 : 370mm弯曲试验时两支点间距离 : 1001000mm弯曲支滚宽度 : 140mm弯曲试验最大高度 : 100mm工作活塞直径x行程: 17Ox300(mm)试台上升速度: O12Om/mi

36、n下夹持器升降速度 : 150mm/min油泵电机功率: 1.5KW净重:主体: 1950kg测力计 : 500kg2.4本章小结本章主要介绍了WE一600液压式万能材料试验机的结构和工作原理，让大家对该试验机的工作状况有初步的了解。同时对于原设备存在的一些关键问题和这些问题对试验测试过程产生影响，以及测试精度、准确度、数据处理的方式、加载速率的控制等方面产生的影响作了相应的分析。进一步说明了改造的必要性，是写着这篇论文的前提条件，也为能更清楚地介绍后面的章节打下基础。第三章WE一600液压式万能材料试验机数字化改造WE一600液压万能试验机存在精度很低;对某些材料的名义屈服极限0.2点读取困

37、难;在数据处理方面烦琐;测量花费的时间较多等缺点。这种测试方式已满足不了目前材料性能检测的要求。随着科技的进步，现代发展需要自动化程度高，能快速，准确地自动记录和处理数据的设备。然而若更换新设备成本太高，加之原试验机功能完好，利用价值大，只要在原来设备的基础上做一些改进，就能大大提高测量精度和设备的智能化水平，而且经济实用。3.1主要改造内容针对试验机存在的问题，进行局部的改造。主要解决以下内容:(l)解决测量精度的问题:增加传感器、信号调理模块、数据采集硬件、个人计算机、软件等要素组成高精度的测试系统能够很好地解决测量精度的问题 。应力通道采用安装在试验机进油管接口处的压力变送器;应变通道采

38、用电子引伸计，试验时夹持在试样两端，从而检测试样的微小变形量;位移通道采用光电编码器，安装在试验机放大轮位置，位移传感器(光码盘)检测到的伸长信号经位移控制系统分频、计数后也送入计算机，计算机对采集到的信号进行处理，提高检测精度。(2)解决应力应变速率控制的问题:采用电液比例阀为控制元件的控制系统，能够通过改变输入电流值来控制比例阀的开口度，从而准确地控制阀的输出流量。具有响应快、控制精度高等优点。(3)解决曲线绘制单一的问题:压力传感器能够实时检测油液压力的变化，电子引伸计和光电编码器能够实时检测试样的各个阶段的变形量，通过实时数据采集，计算机软件技术和测试系统的紧密结合，由计算机作图形处理

39、，能够方便地绘出应力应变、力变形、位移时间、速度时间等多种类型的关系曲线。(4)解决效率低的问题:以前的系统是依靠手动调速，人工读数，人工处理数据等检测手段，导致效率低下。在以计算机为核心地位，计算机数据采集系统为基础的自动测试系统很好地解决了效率低下的问题。能按不同变形阶段自动调节加载速率，自动处理数据，自动完成曲线绘制等功能使得测试效率得到极大地提高。该测试系统能极大地提高设备性能，并且简单易于实现。3.2系统总体方案设计3.2.1测试方案比较试验机的改造方案很多，每种方案有各自的优缺点。选择何种改造方案，要结合具体的实际情况，选择最佳的改造方案，以满足用户的需要。一、应用单片机系统改造液

40、压万能材料试验机，其主要优点是结构简单、体积小、成本低，便于实现嵌入系统。但电路系统复杂，系统的稳定性不高，数据的处理速度慢，无法实现实时控制。目前试验机领域的关键问题是加载时必须保持恒定的应力速率或恒定的应变速率，采用这种方法显然是达不到这种效果。二、采用由速度控制器控制力矩电机，从而带动压力控制施加负荷，并具有速度电流反馈，是一种传统的控制方式。比如采用位置式PID控制器计算步进电机驱动步数，以获得良好应力速率、应变速率、位移速率控制以及定荷、定应变、定位移控制试验结果。但液压万能材料试验机是一种典型的非线性时变系统，难以建立精确的数学模型，运用常规PID控制器很难达到理想的控制效果。在实

41、际现场中，由于受到参数整定方法繁杂的困扰，应用常规PID控制器往往整定不良，性能欠佳，对运行工况的适应性差。三、采用微机和传感器技术对旧式的材料试验机及监测等设备进行技术改造，在应力应变速率控制问题上采用电液伺服阀或电液比例阀实现高精度控制，测量控制系统采用计算机卡式设计，采用光电隔离集成电路。具有抗干扰能力强，质量可靠，稳定性高等优点，而且点击鼠标即可完成，使用方便。还可以绘制多种试验曲线，具有曲线数据存储及曲线放大功能，适合试验机高自动化水平，操作简便，可靠性高，稳定性好方向发展的要求。综上考虑，我们选用第三中方案，即在WE一600型液压万能试验机上安装负荷、变形和位移传感器，增加电液阀控

42、制加荷速度，使设备由原来传统的机械式负荷测量系统升级为较先进的电子测力、测变形系统。液压万能试验机计算机自动测试系统的结构如图3一1所示:1、传感器传感器是把物理量转换成电信号的装置。例如:热电偶、电阻温度检测器(RTDS)、热敏电阻、集成电路温度传感器等将温度转变成电压和电阻。又如应变片、流量传感器等将压力、流速转换成电信号。对于每种传感器，电信号的大小都与被监测的物理参数成比例。选用不同传感器，可以完成对不同物理量的测试。一些传感器，像热电偶等，由于精度较低，信号也微弱，因而需要对其调理和校正才可能得出精确结果。2、信号调理来自传感器的输出信号通常是含有干扰噪声的微弱信号，必须首先经过处理

43、才能被数据采集板精确地、可靠地采集，这种前端口处理就是信号调理。它包括信号放大、滤波、隔离等功能。是大多数基于PC机数据采集系统不可缺少的组成部分。信号调理电路的基本作用有三个:其一是放大。通常实际的物理量信号是很微弱，需要通过放大调理来增加其分辨率和敏感性。尽管很多数据采集板配置有放大器，但对一些传感器如低电平的应变信号仍需要附加放大电路，以增加其分辨率。为了获得尽可能高的精度，应将输入信号放大到与数据采集板中的A/D转换器相适配的程度。另外，外部信号调理模块应尽量靠近信号源或传感器，这样信号在受到环境噪声之前即被放大，使信噪比得到改善;其二隔离。是指使用变压器、光或电容耦合等方式在被测系统

44、与测试系统之间传递信号，避免了直接的电流或物理连接。采用隔离可以保证插入式数据采集板的读数不受地电位或共态电压差异的影响。因此，采用隔离的信号调理模块可以消除地环路并保证准确的采集信号;最后是滤波。其目的就是从所要测量信号中消除不必要的噪声信号，抑制干扰噪声信号的高频分量，将频带压缩以降低采样频率，避免产生混淆。几乎所有的数据采集系统都会不同程度地受到来自电源线或机械设备5OHz的噪声干扰，因此，大多数信号调理模块都包含有低通滤波器，最大限度地剔除50Hz或60Hz的噪声。可见，前端信号调理是数据采集和测控系统不可忽略的重要环节，是系统安全性、可靠性、测量精确性的保障。如果信号调理电路输出的是

45、规范化的标准信号，即42OmA电流信号，则称这种信号调理电路为变送器。此外，根据需要还可以进行信号隔离与变换。3、数据采集硬件数据采集硬件是数据采集系统中的重要组成部分，完成模拟量到数字量的转换，然后再传送到计算机中。在对模拟信号进行模数转换之前，先要对模拟信号进行采样。采样前的信号是时间和幅度均连续的模拟信号，采样后则成了时间上离散的信号。采样过程是使连续模拟信号加到采样开关输入端，开关每隔一定时间闭合一次，开关输出端则得到采样信号。图3一2表示了这一采样过程。F*(t)为采样后的信号，它在时间上是离散的，但幅度仍是连续的。3.2.2设计原理其改造后的液压控制系统原理如图3一3所示。从结构上

46、来看，要提高自动化水平，需要增加传感元件。我们的改造思路是在试验机的进油口处增加三通管接头，两端接油管，中间接压力传感器，它能够感受油缸油压的变化，并以电压的形式输出，通过计算机处理，从而测量出油缸油液压力的变化，进而获得力信号;位移传感器采用光电编码盘的形式安装在试验机滑轮(如图2一l)处，通过计算输出脉冲数获取试样的变形量，即拉伸试验全过程的位移;电子引伸计则在试验时装夹在试件上，可准确测量试件的微小变形;试验速度的控制也是需要改进的地方，为了操作上的便利，我们保留原手动控制部分，只在该送油路处增设一分支油路，加设电液比例控制阀，这样只需改变比例阀的不同输入电流就能获得不同的输出流量，实现对试样加载过程的无极调速，有利于自动化操作的实现。要对这些物理量进行控制和对参数的设置，实现其功能，还要增加数据采集器实现信号的采集、放大及A/D转换等。最后用计算机实现数据的处理、控制和输出试验结果等。改造后的试验机系统既可手动操作，也可自动操作。手动加载时使截止阀12处于关闭状态，液压油从油泵2中出来经滤油器3和节流阀4进入工作油缸7和测力油缸6。只要手动调节节流阀4开度即可达到手动加载的目的，打开截止阀8，调节节流阀5即可完成卸载。手动加载过程计算机测控系统不参与控制，只起测量力、变形、位移值并实时显示的作用。如果自动加载时关闭