我国材料试验机标准测力仪发展概述
从性能指标划分, 我国测力仪的发展经历了三个阶段, 下面介绍测力仪 (环) 各个阶段的发展状况。
一、发展状况
1. 第一阶段
测力仪 (环) 发展史的第一阶段是1950-1993年期间。在这个阶段, 测力仪 (环) 基本是机械指针式测力环, 其结构如图1所示。
主要性能指标如下:
(1) 准确度:0.3%
(2) 测量范围:600N~3000k N
(3) 使用温度:-10℃~40℃;湿度:≤90%RH
主要优缺点:
缺点:
(1) 示值不直观, 人为误差大, 准确度低, 最高只能达到0.3级, 对于0.5级的试验机不能进行检定。
(2) 劳动强度大, 检定时需要两名检定人员, 读取、记录、结果计算全部由人工完成。
图1 第一阶段测力仪 (环) 结构示意图
(3) 检定数据不易保存, 查询困难。
(4) 大量程的测力环重量太重, 携带、搬运很不方便。
(5) 多数测力环只能检测压向载荷, 不能检测拉向载荷。
(6) 测力环受温度影响大, 指针对零点难。
优点:
操作简单, 易维护, 单个测力环价位较低。
2. 第二阶段
测力仪 (环) 发展史的第二阶段是1993-2002年期间。在这段时间内, 由于不断引进国外先进生产技术及国内科学技术的高速发展, 我国测力传感器及数显仪表的性能和准确度大幅度提高, 测力仪主要是由测力传感器和数显仪表组成的数字测力仪, 测力环逐步被淘汰, 数字测力仪的原理结构如图2所示。
工作原理:当传感器受力时, 输出信号到显示仪的前置放大, 滤波后, 送至A/D转换成数字信号, 单片微处理控制器进行数据处理、键盘扫描、显示输出、打印、串行通信等。
主要性能指标:
(1) 准确度等级:0.1级、0.3级
(2) 测力范围:1N~6MN (0.1kg~600t)
(3) 通道数:8道 (即可用不同量程, 不同型号的8只传感器进行测力)
(4) 采用键盘标定及通道转换
(5) 多种出错信息和断电保护
(6) 数据储存和断电保护
(7) 中英文打印
(8) 串行通信功能
(9) 使用温度、湿度:0~40℃;≤90%RH
(10) 储运温度:-20℃~50℃
(11) 使用电源:AC180V~AC240V, (49~51) Hz
主要优缺点:
缺点:
(1) 劳动强度大, 检定时需两名人员, 读数、记录、结果计算全部由人工完成。
(2) 检定结果不易保存, 查询困难, 不利于计量数据的现代化管理。
(3) 功能简单, 操作复杂。
(4) 在缺少市电的情况下不能检测, 不适宜于户外检测。
优点:
(1) 准确度较高, 最高可达0.1级。
(2) 读取直观, 人为误差小。
(3) 成本适中。
3. 第三阶段
测力仪发展史的第三阶段是从2002年至今。随着微电子技术的发展和笔记本电脑的大幅降价, 测力仪的数据处理功能得以实现, 智能数显测力仪顺应当今时代发展潮流, 正在逐步取代数显测力仪。智能测力仪以笔记本电脑作为数据显示及处理的载体, 其原理框图如图3所示。
图2 第二阶段测力仪工作原理框图
图3 第三阶段测力仪工作原理框图
工作原理:传感器受力后, 将信号输入数据采集器, 采集器对其进行放大、A/D转换后, 通过Wi Fi、蓝牙或USB等通信口将A/D原码送入笔记本电脑, 检定系统软件将A/D原码进行处理后对力值进行实时显示, 按照试验机检定规程要求录入检测数据、计算准确度并存贮, 最终打印出检定结果报告单。
主要技术指标:
(1) 准确度等级:0.1级、0.3级
(2) 40通道。即可配接不同型号、不同量程的测力传感器, 以满足对不同类型、不同量程材料试验机的检定
(3) 采集器通过USB口直接由笔记本电脑供电
(4) 实时显示测量数据及曲线
(5) 具有传感器线性修正功能
(6) 检定记录、检定报告可贮存、查询及删除, 并且可以导成Word文件, 刻录成光盘, 永久贮存
(7) 检定报告可即时打印
主要优缺点:
缺点:成本稍高。
优点:
(1) 准确度高, 可达0.1级。
(2) 可连接不同量程的测力传感器, 测量范围能达到 (1~6) MN (与测力传感器的量程有关) , 适于对各种材料试验机进行检定。
(3) 操作简单, 携带方便, 性能可靠。
(4) 具有线性修正功能, 可以使用低精度的传感器而达到较高的测量准确度。
(5) 实时显示测量数据及测量曲线。
(6) 检定记录自动录入, 检定结果由计算机自动计算, 报告可即时打印。
(7) 检定记录、检定报告可以Word文件的形式存储于计算机硬盘或光盘。
(8) 检定记录、检定报告可按日期进行查询、删除。
二、测力仪发展趋势
测力仪从第一、二阶段发展到现今相对先进的智能化检测系统, 在数据采集方法及数据转换、数据库技术、试验数据的存储处理及输出等方面实现高效、精准、省时省力, 其功能基本满足计量检测人员的需求。随着测力仪采集和处理系统的材料新型化、微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化及多媒体先进技术的不断提高, 智能测力仪的发展是可期待的。例如本文作者已完成的国家质检总局科技计划项目 (国家质检总局科技成果批准登记号为G2014-490) 。计划编号:2012QK019;项目名称:便携式无线智能力值计量检测系统的研究及应用。该项目系统采用Wi Fi和蓝牙两种通信方式, 将传感器信号通过信号采集盒, 使传感器信号直接与无线网络设备通信, 实现数据无线传输, 进一步提高检测效率和数据处理的智能化程度。并在计算机终端与手机终端实现仪表功能, 对采集到的数据进行智能化分析。
