材料試驗機用計算機數據采集系統(tǒng)的驗證裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種裝置，尤其是一種材料試驗機用計算機數據采集系統(tǒng)的驗證裝置。按照本實用新型提供的技術方案，所述材料試驗機用計算機數據采集系統(tǒng)的驗證方法，包括計算機數據采集系統(tǒng)；在所述計算機數據采集系統(tǒng)的輸入端加載所需的試樣試驗基準信號，計算機數據采集系統(tǒng)利用所加載的試樣試驗基準信號直接對采集的試樣試驗測試信號進行評定驗證，并輸出相應的評定驗證結果。本實用新型結構簡單，適應范圍廣，操作方便，能對計算機數據采集系統(tǒng)進行有效評定，提高了評定結果的可靠性以及評定效率。
【專利說明】材料試驗機用計算機數據采集系統(tǒng)的驗證裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種裝置，尤其是一種材料試驗機用計算機數據采集系統(tǒng)的驗證
目.0
【背景技術】
[0002]材料試驗機(以下簡稱試驗機)，是指在各種條件、環(huán)境下測定金屬材料、非金屬材料、機械零件、工程結構等機械性能的精密測試設備，多用于金屬及非金屬(含復合材料)的拉伸、壓縮、彎曲、剪切、劈裂、抗折、剝離、撕裂等項目的靜力學性能測試分析研宄，在研宄探索新材料、新工藝、新技術和新結構的過程中，試驗機是一種不可缺少的重要測試設備。其中，拉伸試驗又是試驗機最為常用的一種工作狀態(tài)，其作用是通過上下夾持裝置，緩慢地在試樣兩端施加負荷，使試樣的工作部分受軸向拉力，引起試樣沿軸向伸長，一般進行到拉斷為止。通過拉伸試驗測定材料的抗拉強度和塑性特性等。
[0003]以試驗機的加力系統(tǒng)和測力系統(tǒng)分類，一般可將試驗機分成三種類型:
[0004]1、液壓式試驗機，是以液壓系統(tǒng)為力源，采用機械式測力技術和模擬式(指針)或數字式指示裝置，記錄裝置通過機械方式(如拉錘滾筒式形變記錄儀)記錄試樣的受力狀況。
[0005]2、電液伺服試驗機，是以液壓系統(tǒng)為力源，采用電子測量和伺服控制技術，并具有計算機數據采集系統(tǒng)的試驗機。
[0006]3、電子式試驗機，是以機械方式加力，采用電子測量技術，并具有計算機數據采集系統(tǒng)的試驗機。
[0007]我國試驗機的發(fā)展歷程也是隨著電子技術、控制技術、計算機技術的發(fā)展而逐步走向成熟，具有數據采集、數據處理、數據儲存、數據記錄和圖形顯示(如應變一應力曲線)和圖形打印等功能為一體的計算機數據采集系統(tǒng)越來越廣泛地應用到試驗機上，為新材料的研宄提供了便利。試驗機計算機數據采集系統(tǒng)是指試驗時從試驗機中采集基本數據，并根據所采集的基本數據計算和提供導出數據(見圖1)的裝置，圖1中，應力為單位面積上試樣承受的載荷；應變是指試樣單位長度的伸長量。對于采集系統(tǒng)的試驗結果是否準確，與實際試驗結果是否一致，依據現行有效的評價(驗證)采集系統(tǒng)方法相對落后，已不適應試驗機發(fā)展的需要。
[0008]在現行國家計量技術規(guī)范JJF1103-2003《萬能試驗機計算機數據采集系統(tǒng)評定》和國家標準GB/T22066-2008《靜力單軸試驗機用計算機數據采集系統(tǒng)的評定》中，對于計算機數據采集系統(tǒng)(以下簡稱采集系統(tǒng))的評定方法均采用單機比較法和多機比較法兩種方法。單機比較法是針對配置能夠記錄試驗過程的繪圖記錄裝置和采集系統(tǒng)(或稱“雙記錄系統(tǒng)”)的試驗機，評價時，每種類型的試樣至少取5個試樣進行試驗，對“雙記錄系統(tǒng)”同時獲得的每次試驗數據(基本數據、導出數據與繪圖記錄的結果)，按規(guī)定的計算公式進行計算、比較和判定；多機比較法是針對沒有繪圖記錄裝置但有采集系統(tǒng)的試驗機(即被驗證試驗機)。多機比較時，需另尋兩臺或以上的具備繪圖記錄裝置的試驗機(即參考試驗機)進行比較，評價時，每種類型的試樣在參與比較試驗的每臺試驗機(被驗證試驗機和參考試驗機)上，至少進行5個相同試樣的試驗，然后將被驗證試驗機的試驗數據(基本數據、導出數據)和參考試驗機的試驗數據(繪圖記錄的結果)，按規(guī)定的計算公式進行計算、比較和判定。
[0009]分析現行的評價(驗證)采集系統(tǒng)的方法，其本質就是試樣試驗，正是因為試樣試驗(GB/T22066-2008《靜力單軸試驗機用計算機數據采集系統(tǒng)的評定》為2008年結合我國國情而制定的)，方法相對落后，評定結果的可靠性不高。
[0010]1、隨著計算機技術的發(fā)展，試驗機已普遍采用電子測量技術和采集系統(tǒng)，采集系統(tǒng)本身具備記錄試驗過程的記錄繪圖功能，故采用電子測量技術的試驗機一般不具備單機比較法的條件，故應采用多機比較法。多機比較法的前提是至少要有兩臺或以上具備繪圖記錄裝置的試驗機，對于大型試驗儀器(試驗機自重I噸至十幾噸)而言不易搬運，同一現場一般不具備多機比較法的條件，這就需要攜帶多個試樣異地試驗，驗證周期長，費用高。
[0011]2、多機比較法采用每臺試驗機(被驗證試驗機和參考試驗機)每種類型試樣至少進行5個相同試樣的試驗，由于試樣試驗帶有破壞性，故一根試樣在試驗后不可重復使用，所以對“相同試樣”的彈性模量、拉伸強度和外形尺寸等參數的一致性要求非常高。因試樣的不確定性(如材質的均勻性，加工誤差等)，“相同試樣”中各試樣的彈性模量、拉伸強度也有較大的差異性，同時可能存在試驗機誤差方向相反的情況，使得驗證結果的可靠性降低。
【發(fā)明內容】
[0012]本實用新型的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種材料試驗機用計算機數據采集系統(tǒng)的驗證裝置，其結構簡單，適應范圍廣，操作方便，能對計算機數據采集系統(tǒng)進tx有效評定，提尚了評定結果的可靠性以及評定效率。
[0013]按照本實用新型提供的技術方案，所述材料試驗機用計算機數據采集系統(tǒng)的驗證裝置，包括處理器以及與所述處理器連接的數據存儲器，處理器在數據存儲器內存儲有若干試樣試驗基準信號，處理器能將所述試樣試驗基準信號添加到計算機數據采集系統(tǒng)的輸入端，以供計算機數據采集系統(tǒng)在試樣試驗時根據試樣試驗基準信號進行評定驗證。
[0014]所述處理器通過力值D/A轉換電路、應變D/A轉換電路分別與力值輸出接口電路以及應變輸出接口電路連接，力值D/A轉換電路、應變D/A轉換電路均與高精度電壓基準連接。
[0015]所述處理器還與打印機接口電路連接，以通過打印機接口電路與打印機連接。
[0016]所述處理器的電源端與電源連接，處理器還與石英振蕩電路以及鍵盤和顯示器連接。
[0017]所述試樣試驗基準信號為可溯源至國家計量基準的模擬基準信號；
[0018]所述試樣試驗基準信號包括頻率可調的等幅脈沖信號、階梯脈沖信號或實際材料特征曲線。
[0019]本實用新型的優(yōu)點:驗證裝置通過力值輸出接口電路以及應變輸出接口電路與計算機數據采集系統(tǒng)的輸入端連接，以便能向計算機數據采集系統(tǒng)加載所需的試樣試驗基準信號，試樣試驗基準信號可以根據試樣試驗的類型以及需要提前存儲在驗證裝置內，計算機數據采集系統(tǒng)根據試樣試驗基準信號進行快速有效地進行評定驗證，試樣試驗基準信號可以溯源至國家計量基準，能提高計算機數據采集系統(tǒng)進行評定驗證的可靠性，適應范圍廣，操作方便，安全可靠。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為以應力-應變?yōu)槔幕緮祿c導出數據的示意圖。
[0021]圖2為本實用新型的結構框圖。
[0022]圖3為現有應變式傳感器的示意圖。
[0023]圖4為現有應變式負荷傳感器的示意圖。
[0024]圖5為現有引伸計的示意圖。
[0025]圖6為本實用新型的使用狀態(tài)圖。
[0026]圖7為等幅脈沖信號的示意圖。
[0027]圖8為階梯脈沖信號的一種示意圖。
[0028]圖9為階梯脈沖信號的另一種示意圖。
[0029]圖10為階梯脈沖信號的第三種示意圖。
[0030]圖11為應力-應變曲線類型的示意圖。
[0031]圖12為應力-應變曲線型號的示意圖。
[0032]附圖標記說明:1-處理器、2-石英振蕩電路、3-數據存儲器、4-鍵盤和顯示器、5-電源、6-打印機接口電路、7-高精度電壓基準、8-應變D/A轉換電路、9-應變輸出接口電路、10-力值D/A轉換電路、、1-力值輸出接口電路、12-螺紋接頭、13-S型變形體、14-電阻應變片、15-刃口、16-限位桿、17-彈性臂、18-電信號轉換電路、19-位移傳感器、20-上夾頭、21-下夾頭、22-負荷傳感器、23-活動橫梁、24-上壓板、25-下壓板、26-底座、27-驗證裝置、28-電子引伸計以及29-打印機。
【具體實施方式】
[0033]下面結合具體附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
[0034]為了能對計算機數據采集系統(tǒng)進行有效評定，提高了評定結果的可靠性以及評定效率，本實用新型材料試驗機用計算機數據采集系統(tǒng)的驗證方法，包括計算機數據采集系統(tǒng)；在所述計算機數據采集系統(tǒng)的輸入端加載所需的試樣試驗基準信號，計算機數據采集系統(tǒng)利用所加載的試樣試驗基準信號直接對采集的試樣試驗測試信號進行評定驗證，并輸出相應的評定驗證結果。
[0035]具體地，計算機數據采集系統(tǒng)為材料試驗機進行所需試驗時進行基本數據采集，并根據所采集的基本數據技術和提供導出數據的裝置。本實用新型實施例中，加載到計算機數據采集系統(tǒng)內的試樣試驗基準信號主要是為了模擬電子測量器件的試驗輸出，在計算機數據采集系統(tǒng)的輸入端加載試樣試驗基準信號，所述試樣試驗基準信號與材料試驗機進行試驗時所要采集的基本數據相一致，具體地實施時，試樣試驗基準信號可以溯源至國家計量基準的模擬信號。
[0036]計算機數據采集系統(tǒng)采集的試樣試驗測試信號包括基本數據，當試樣試驗基準信號加載到計算機數據采集系統(tǒng)內后，計算機數據采集系統(tǒng)內同時包含試樣試驗基準信號與試樣試驗測試信號兩種信號，計算機數據采集系統(tǒng)通過將試樣試驗測試信號與試樣試驗基準信號進行比較，從而能夠對材料試驗機試驗的結果進行評定驗證，由于試樣試驗基準信號可以溯源至國家計量基準的模擬信號，因此，能提高計算機數據采集系統(tǒng)輸出評定結果的可靠性，且能提高計算機數據采集系統(tǒng)的驗證效率。
[0037]試樣試驗是個動態(tài)的過程，計算機數據采集系統(tǒng)的頻帶寬度和數據采集速度均要真實反應動態(tài)變化；為了能夠適應試樣試驗的動態(tài)變化，在具體實施時，所述試樣試驗基準信號包括頻率可調的等幅脈沖信號、階梯脈沖信號或實際材料特征曲線，以能驗證計算機數據采集系統(tǒng)的頻帶寬度、采集速率、分辨力和導出數據等。
[0038]所述試樣試驗基準信號由與計算機數據采集系統(tǒng)連接的驗證裝置27輸出，所述驗證裝置27包括處理器1，所述處理器I通過力值D/A轉換電路10與力值輸出接口電路11連接，且處理器I通過應變D/A轉換電路8與應變輸出接口電路9連接。
[0039]如圖2所示，處理器I以及與所述處理器I連接的數據存儲器3，處理器I在數據存儲器3內存儲有若干試樣試驗基準信號，處理器I能將所述試樣試驗基準信號添加到計算機數據采集系統(tǒng)的輸入端，以供計算機數據采集系統(tǒng)在試樣試驗時根據試樣試驗基準信號進行評定驗證。
[0040]所述處理器I通過力值D/A轉換電路10、應變D/A轉換電路8分別與力值輸出接口電路11以及應變輸出接口電路9連接，力值D/A轉換電路10、應變D/A轉換電路8均與高精度電壓基準7連接。所述處理器I還與打印機接口電路6連接，以通過打印機接口電路6與打印機29連接。所述處理器I的電源端與電源5連接，處理器I還與石英振蕩電路2以及鍵盤和顯示器4連接。
[0041]本實用新型實施例中，處理器I可以采用常用的微處理芯片，如單片機等，石英振蕩電路2為整個驗證裝置2提供晶振時鐘信號，電源5提供工作所需的電壓，鍵盤和顯示器4中鍵盤用于信號的輸入，顯示器用于將結果顯示輸出，數據存儲器3用于存儲必要的信息以及試樣試驗基準信號，數據存儲器3的具體類型為本【技術領域】人員所熟知，此處不再贅述。
[0042]處理器I通過力值輸出接口電路11以及應變輸出接口電路9能與計算機數據采集系統(tǒng)的輸入端連接，其中，力值輸出接口電路11用于將所需力值相關的試樣試驗基準信號加載到計算機數據采集系統(tǒng)的輸入端，通過應變輸出接口電路9用于將所需應變信號相關的試樣試驗基準信號加載到計算機數據采集系統(tǒng)的輸入端。力值D/A轉換電路10、應變D/A轉換電路8主要用于將處理器I輸出的數值信號轉換為相對應的模擬信號，高精度電壓基準7主要提供轉換電路的電壓基準，高精度電壓基準7的具體實施結構為本【技術領域】人員所熟知，此處不再贅述。
[0043]進一步地，力值輸出接口電路11輸出的力值電信號除了可以模擬應變式負荷傳感器的信號外，也可以模擬其他類型(如壓力傳感器)的輸出信號；同樣，應變輸出接口電路9輸出的應變電信號不僅可以模擬電子引伸計28的輸出，也可以模擬試驗機橫梁移動位置編碼器等其他位移傳感器的輸出等信號。
[0044]處理器I通過打印機接口電路6與打印機連接，處理器I加載到計算機數據采集系統(tǒng)的試樣試驗基準信號(圖形、模擬量、導出數據、頻率、幅值等)均可以打印，便于查閱和進行人工計算。
[0045]目前，配置計算機數據采集系統(tǒng)的試驗機可以分為“改造型”和“直接型”兩種類型?！案脑煨汀笔窃诓痪邆洳杉到y(tǒng)的試驗機上進行改造增加了采集系統(tǒng)功能，該類試驗機的測力系統(tǒng)主要采用機械式測力技術(如擺錘式負荷測力系統(tǒng))和模擬式(指針)指示裝置，為獲得力值的電子量信號一般用位移傳感器、轉角傳感器或油壓傳感器作為感知器件，該類試驗機將逐步被后者替代；“直接型”即直接采用電子測量技術的試驗機，該試驗機主要以應變式負荷傳感器(包括S型負荷傳感器和輪輻式負荷傳感器)作為測量力值的感知器件，由于試驗負荷通過試樣直接作用于傳感器，所以該類試驗機的準確度較高。
[0046]應變式負荷傳感器基于這樣一個原理，如圖3和圖4所示，圖4中，包括S型變形體13，S型變形體13上設置用于安裝連接的螺紋接頭12，在S型變形體13上設置電阻應變片14。具體工作時，彈性體(彈性元件)在外力作用下產生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應變片(轉換元件)也隨同產生變形，電阻應變片引變形后，它的阻值將發(fā)生變化(增大或減小)，再經相應的測量電路把這一電阻變化轉換為電信號(電壓或電流)，從而完成了將外力變換為電信號的過程。
[0047]如圖5所示，為電子引伸計28的結構示意圖；電阻應變片式引伸計主要由刃口15、彈性臂17、限位桿16及電信號轉換電路18組成。在彈性體上貼有一組電阻應變片并組成全橋(參見圖3)。當試驗進行時，引伸計刃口 15隨試樣的變形而產生相對位移，引起彈性臂17也產生變形，組成全橋的應變片即輸出變形信號，精確測定試樣標距內變形量，并將信號輸入給采集系統(tǒng)進行數據處理和繪制試驗曲線。
[0048]如圖6所示，為本實用新型的一種使用狀態(tài)圖，具體包括底座26，在底座26上設置下壓板25以及位于所述下壓板25正上方的上壓頭24，上壓頭24固定在活動橫梁23上，活動橫梁23上設置負荷傳感器22以及下夾頭22，下夾頭21的正上方設置上夾頭20，底座26的上部內還設置位移傳感器19，位移傳感器19、負荷傳感器22以及電子引伸計28通過計算機采集卡與計算機數據采集系統(tǒng)連接，以便供計算機數據采集系統(tǒng)進行數據采集。
[0049]評定驗證時，從被驗證試驗機計算機采集卡上拔下力值負荷傳感器22、電子引伸計28和橫梁位移傳感器19 (如果有)的插頭，將驗證裝置27的力值輸出接口電路11、應變輸出接口電路9分別與計算機采集卡相應的輸入端口連接，通過鍵盤和顯示器4逐一設定三種信號輸出模式，即等幅方波脈沖信號模式、階梯方波脈沖信號模式和材料特性曲線信號模式，對采集系統(tǒng)進行系統(tǒng)的評定。
[0050]在等幅脈沖信號模式下，驗證裝置27輸出等幅脈沖信號，力值輸出接口電路11和應變輸出接口電路9分別輸出力值和時間關系圖，見圖7所示波形。波形占空比為1:1，可以通過鍵盤設定脈沖頻率和幅值，脈沖頻率也可以設定為掃頻方式，最大設定頻率為150Hz，最大模擬幅值為30mV (—般應變式傳感器的輸出靈敏度為2mV/V，激勵電壓為12V)。通過改變頻率，以確定采集系統(tǒng)的頻帶寬度。
[0051]在階梯脈沖信號模式下，驗證裝置27輸出階梯脈沖信號，力值輸出接口電路11和應變輸出接口電路9分別輸出力值和時間關系圖，見圖8、圖9和圖10所示波形，通過鍵盤設定脈沖的持續(xù)時間和幅值。圖8和圖9可以檢測采集系統(tǒng)的分辨力，階梯幅值可以設定為試驗機最小測量值得0.25%或更小。圖形10模擬峰值(如試樣瞬間斷裂)的單脈沖，可以測定采集系統(tǒng)峰值過程的持續(xù)時間、采集速率和時間響應。
[0052]圖11所示為各類材料的應力-應變曲線圖，圖中列舉了錳鋼、硬鋁、退火球墨鑄鐵和低碳鋼的應力-應變曲線圖，其中低碳鋼的應力-應變曲線圖最能夠反映采集系統(tǒng)的數據采集能力，因此，材料特性曲線信號模式下，驗證裝置27輸出應力-應變曲線信號，力值輸出接口電路11和應變輸出接口電路9分別輸出應力和應變關系圖，見圖12所示波形，通過鍵盤設定與被驗證試驗機的加載速率和橫梁移動速率對應的力值和引伸參數，就可以改變曲線坐標應力或應變的幅值(如改變彈性變形階段的斜率)，同時輸出的應力-應變曲線可以經聯機的打印機29打印出來，便于查閱和進行人工計算，將模擬信號的計算結果與采集系統(tǒng)獲得的結果比較，達到評定采集系統(tǒng)的目的。
[0053]本實用新型驗證裝置27通過力值輸出接口電路11以及應變輸出接口電路9與計算機數據采集系統(tǒng)的輸入端連接，以便能向計算機數據采集系統(tǒng)加載所需的試樣試驗基準信號，試樣試驗基準信號可以根據試樣試驗的類型以及需要提前存儲在驗證裝置27內，計算機數據采集系統(tǒng)根據試樣試驗基準信號進行快速有效地進行評定驗證，試樣試驗基準信號可以溯源至國家計量基準，能提高計算機數據采集系統(tǒng)進行評定驗證的可靠性，適應范圍廣，操作方便，安全可靠。
【權利要求】
1.一種材料試驗機用計算機數據采集系統(tǒng)的驗證裝置，其特征是:包括處理器(I)以及與所述處理器(I)連接的數據存儲器(3 )，處理器(I)在數據存儲器(3 )內存儲有若干試樣試驗基準信號。
2.根據權利要求1所述材料試驗機用計算機數據采集系統(tǒng)的驗證裝置，其特征是:所述處理器(I)通過力值D/A轉換電路(1 )、應變D/A轉換電路(8 )分別與力值輸出接口電路(11)以及應變輸出接口電路(9 )連接，力值D/A轉換電路(10 )、應變D/A轉換電路(8 )均與高精度電壓基準(7 )連接。
3.根據權利要求1所述材料試驗機用計算機數據采集系統(tǒng)的驗證裝置，其特征是:所述處理器(I)還與打印機接口電路(6 )連接，以通過打印機接口電路(6 )與打印機(29 )連接。
4.根據權利要求1所述材料試驗機用計算機數據采集系統(tǒng)的驗證裝置，其特征是:所述處理器(I)的電源端與電源(5 )連接，處理器(I)還與石英振蕩電路(2 )以及鍵盤和顯示器(4)連接。
【文檔編號】G01N3/62GK204255785SQ201420784191
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月11日 優(yōu)先權日:2014年12月11日
【發(fā)明者】費明輝 申請人:無錫市計量檢定測試中心