專(zhuān)利名稱(chēng)：螺旋形彈簧特性線測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種測(cè)量螺旋形的彈簧特性的裝置，特別是一種采用了位移傳感器和荷重傳感器，測(cè)量彈簧加載情況下的位移變形量，并進(jìn)行自動(dòng)顯示和繪制特性線的螺旋形彈簧特性線測(cè)量裝置。
現(xiàn)有的彈簧拉壓試驗(yàn)機(jī)是由拉框、阻尼器、齒條、指針、調(diào)零手輪、指針齒輪軸、測(cè)力彈簧、拉桿、掛鉤、操作把、上壓盤(pán)、下壓盤(pán)、一杠桿、配重、一杠桿、聯(lián)結(jié)刀承、平衡砣、變換刀承架、變換手柄等部件組成，例如，濟(jì)南第二試驗(yàn)機(jī)廠就生產(chǎn)這樣的彈簧拉壓試驗(yàn)機(jī)。通常在彈簧試驗(yàn)中使用這樣的彈簧拉壓試驗(yàn)機(jī)，為了得到一條彈簧特性曲線，必須人工目測(cè)直尺位移指示值和表盤(pán)載荷刻度值，手工記錄若干組數(shù)據(jù)后，才能由人工在座標(biāo)紙上連成一條彈簧特性曲線，容易造成人為誤差，不但花工費(fèi)時(shí)非常麻煩，而且很難得到一條重復(fù)性好、誤差小的彈簧特性線。另外，彈簧拉壓試驗(yàn)機(jī)載荷力顯示靠機(jī)械傳動(dòng)，指針式顯示慣性大，固有頻率低、動(dòng)作不靈敏，同時(shí)，測(cè)力機(jī)構(gòu)的刀刃和刀承架因磨損等原因而經(jīng)常維修檢驗(yàn)，精度不能恒持。
本實(shí)用新型的目的在于改善現(xiàn)有彈簧拉壓試驗(yàn)機(jī)上述諸項(xiàng)缺點(diǎn)，而提供一種采用機(jī)械參數(shù)電測(cè)技術(shù)，利用彈簧加載機(jī)構(gòu)并配合裝在該機(jī)構(gòu)上的位移傳感器和荷重傳感器，感知螺旋形彈簧所受的載荷力以及在該載荷力作用下的形變位移量，并將其感受的機(jī)械量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出經(jīng)過(guò)信號(hào)測(cè)量控制電路，將信號(hào)進(jìn)行處理放大和輸出，由輸出顯示記錄設(shè)備，自動(dòng)顯示數(shù)據(jù)圖形和繪制螺旋形彈簧特性曲線的測(cè)量試驗(yàn)裝置。
本實(shí)用新型的上述目的是通過(guò)這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，即它由螺旋形彈簧加載機(jī)構(gòu)及其測(cè)量控制電路兩部分構(gòu)成，其中試驗(yàn)加載機(jī)構(gòu)包括底座、立柱、固定支架、可在立柱上移動(dòng)的支架、上加壓盤(pán)、下加壓盤(pán)，上壓盤(pán)可上、下移動(dòng)地固定在可在立柱上移動(dòng)的支架上，本實(shí)用新型的特征在于加載機(jī)構(gòu)中還包括位移傳感器，其測(cè)桿連接在上壓盤(pán)上，可與其一起上、下移動(dòng)；還包括荷重傳感器，其固定在測(cè)量底座上，在下壓盤(pán)與荷重傳感器之間，安裝有重力平衡傳遞機(jī)構(gòu)；測(cè)量控制電路是這樣構(gòu)成的，即它由位移傳感器的信號(hào)測(cè)量控制電路和荷重傳感器的信號(hào)測(cè)量控制電路組成，加載機(jī)構(gòu)中的位移傳感器的初級(jí)繞組接位移信號(hào)振激勵(lì)源電路，其次級(jí)繞組接位移相敏解調(diào)回路，其解調(diào)的信號(hào)經(jīng)跟隨器后輸至比較放大器的負(fù)向輸入端，比較放大器的正向輸入端與信號(hào)平衡電路的輸出連接，經(jīng)比較放大器所比較放大輸出的信號(hào)輸往數(shù)字顯示器和X—Y記錄儀。加載機(jī)構(gòu)中的荷重傳感器的輸出端接載荷傳輸測(cè)量電路，經(jīng)過(guò)信號(hào)跟隨及一級(jí)差動(dòng)放大后的載荷信號(hào)輸至第二級(jí)比較放大器的負(fù)向輸入端，該比較放大器的正向輸入端接信號(hào)平衡電路，經(jīng)第二級(jí)比較放大器輸出的信號(hào)一路輸往數(shù)字顯示儀及X—Y記錄器，另一路接過(guò)載報(bào)警電路。
本實(shí)用新型的上述技術(shù)方案可以通過(guò)附圖給出的實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明。
本實(shí)用新型有如下附圖附

圖1為本實(shí)用新型加載機(jī)構(gòu)示意圖；附圖2為荷重傳感器力平衡傳遞機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖附圖3為信號(hào)測(cè)量控制電路原理框圖；附圖4為信號(hào)測(cè)量控制電路原理圖；附圖5的信號(hào)測(cè)量控制電路中的振蕩器電路原理圖。
參見(jiàn)圖1，彈簧加載機(jī)構(gòu)由位移傳感器1、立柱2、移動(dòng)支架3、上壓盤(pán)4、固定支架5、下壓盤(pán)6，重力平衡傳遞機(jī)構(gòu)7、荷重傳感器8、底座9組成。其中，位移傳感器1安裝在固定支架5上，其測(cè)桿與上壓盤(pán)4連接，上壓盤(pán)4安裝在移動(dòng)支架3上，通過(guò)調(diào)節(jié)隨立柱2垂向滑動(dòng)。荷重傳感器8固定在底座9上，在它與下壓盤(pán)之間安裝有荷重傳感器力平衡傳遞機(jī)構(gòu)7。當(dāng)彈簧放在上壓盤(pán)和下壓盤(pán)之間時(shí)，搬動(dòng)位移支架3上的操作手柄，使上壓盤(pán)在垂向帶動(dòng)位移傳感器1的測(cè)桿一起移動(dòng)，給彈簧施加一個(gè)載荷力，通過(guò)位移傳感器和荷重傳感器，將彈簧所受到的載荷力和形變位移量轉(zhuǎn)換成正比于其機(jī)械量大小的電壓信號(hào)輸出到測(cè)量控制電路。本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中位移傳感器采用型號(hào)為WY—100L的直線位移傳感器，荷重傳感器則采用TH系列。
參見(jiàn)圖2，荷重傳感器力平衡傳遞機(jī)構(gòu)由頂桿體13、其正下端中心的頂桿15、彈性金屬片11、14等構(gòu)成；頂桿體位于過(guò)渡套12內(nèi)，螺栓10將彈性金屬片平行安裝在過(guò)渡套兩端，并將其固定在荷重傳感器的連接套16上，頂桿體的正上方中心的螺柱與下壓盤(pán)中心螺紋連接，使下壓盤(pán)、頂桿及荷重傳感器的觸頭在一條中軸上，以無(wú)摩摸方式傳遞正向壓力，使加在彈簧上的力通過(guò)下壓盤(pán)能準(zhǔn)確傳遞到荷重傳感器上。
參見(jiàn)圖3、圖4，測(cè)量控制電路部分位于專(zhuān)門(mén)的機(jī)箱內(nèi)，它由穩(wěn)壓電源回路，位移信號(hào)振蕩激勵(lì)回路，位移相敏解調(diào)器回路，位移信號(hào)平衡回路，位移信號(hào)電壓放大回路，載荷信號(hào)傳輸測(cè)量回路，載荷信號(hào)平衡回路，載荷信號(hào)放大回路，載荷過(guò)載報(bào)警回路，數(shù)字顯示器和X—Y記錄儀構(gòu)成。
穩(wěn)壓電源回路由220V交流電源經(jīng)變壓器降壓并分為幾組，分別通過(guò)二級(jí)管橋式整流后，由三端集成穩(wěn)壓器進(jìn)行穩(wěn)壓輸出，提供+5V，+6V，+9V，+9V，+12V和-12V六組直流電源。其中+5V電源用于數(shù)字顯示器工作電路；+6V電源用作荷重傳感器工作電源；+9V電源用作位、移傳感器中振蕩器的激勵(lì)電源；考慮到報(bào)警電路會(huì)對(duì)信號(hào)測(cè)量電路造成干擾，另外又單獨(dú)設(shè)置了一組+9V電源用于荷重傳感器的報(bào)警電路；+12V和-12V電源用于位移和載荷信號(hào)測(cè)量電路。
參見(jiàn)圖5。測(cè)量控制電路中由三個(gè)非門(mén)邏輯電路D1-D3和電阻R，R0及電容C連接成的自激振蕩器回路，振蕩頻率由時(shí)間常數(shù)RC所決定。該振蕩回的一個(gè)具體實(shí)例中，R＝10KΩ，R0＝8.2KΩ，C＝0.01—0.033uF，此控制回路接在+9V電源和地線之間，其振蕩產(chǎn)生的高頻交流信號(hào)，經(jīng)過(guò)電阻R1，晶體管V1反相后輸往位移傳感器，作為位移傳感器的激勵(lì)信號(hào)源。晶體管V1是為了功率擴(kuò)展改善振蕩器的波形，并不受負(fù)載變化的影響，從而使輸出為等幅方波而設(shè)置的。二級(jí)管是為了防止晶體管由飽和到截止在線圈中所產(chǎn)生的反電勢(shì)造成擊穿現(xiàn)象而設(shè)置的。
電路中包括的相敏解調(diào)器回路是由兩組二級(jí)管V9和V10構(gòu)成的差動(dòng)整流電路和由電阻R4、R46，電容C17、C20接成的兩級(jí)RC網(wǎng)絡(luò)組成，其作用是將位移傳感器次級(jí)繞組上感應(yīng)出的調(diào)幅信號(hào)經(jīng)過(guò)此回路還原為與傳感器輸入信號(hào)相似的波形。其中差動(dòng)整流電路用于抵消位移傳感器的零點(diǎn)殘余電壓和初次級(jí)之間相位差等因素的影響。
電路還包括由電阻R8-R11，R13-R14，可調(diào)電阻R15，R43，電容C18和集成運(yùn)算放大器A2組成的位移信號(hào)電壓放大回路和由電阻R23-R30，R40-R42，電容C19和集成運(yùn)算放大器A4組成的荷重信號(hào)電壓放大回路。通過(guò)位移信號(hào)電壓放大回路和荷重信號(hào)電壓放大回路將位移測(cè)量信號(hào)和載荷測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為具有一定幅度并經(jīng)歸一化處理的電壓信號(hào)，提供給顯示器和X—Y函數(shù)記錄儀進(jìn)行輸出顯示和記錄繪制曲線。
電路包括的位移信號(hào)平衡回路由電阻R5，R16和可調(diào)電阻R6串聯(lián)接在+12V直流電源和-12V直流電源上，形成分壓網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)電阻R45與集成運(yùn)算放大器A1正向輸入端，建立位移信號(hào)平衡調(diào)零參考電壓，抵消位移傳感器由于結(jié)構(gòu)尺寸和加工的誤差所存在著一定的輸出電壓，使位移電壓放大器的初始輸出電壓為零。
載荷信號(hào)平衡回路由電阻R18—R22與集成運(yùn)算放大器A6構(gòu)成，其原理與位移平衡回路相同。
電路還包括由電阻R47-R53和集成運(yùn)算放大器A7，A8，A9組成的具有輸入電阻高，共模抑制作用比較好的載荷信號(hào)放大回路，由電阻R53和集成運(yùn)算放大器A7輸出端連接經(jīng)電阻R23接在載荷信號(hào)電壓放大回路輸入端提供載荷感知信號(hào)。
電路還包括由電阻R31-R38，集成運(yùn)算放大器A5，晶體管V2，V3，V4，二級(jí)管V12，蜂鳴器和信號(hào)燈H2組成的載荷過(guò)載報(bào)警電路。由電阻R32和R5串聯(lián)接在+9V電源和地之間形成分壓網(wǎng)絡(luò)，R32和R5之間的連結(jié)點(diǎn)經(jīng)電阻R33與比較集成運(yùn)算放大器A5正向輸入端相接，以便在比較器正向輸入端建立一個(gè)參考電壓。
當(dāng)彈簧加載機(jī)構(gòu)施加給彈簧載荷力小于荷重傳感器最大安全容許值時(shí)，即由電阻R30和R40，R41，R42接成的分壓網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)電阻R31與比較集成運(yùn)算放大器A5負(fù)向輸入端相接的電壓值小于正向輸入端參考電壓時(shí)，則比較器回路A5的輸出是高電平，晶體管V2飽和導(dǎo)通，晶體管V3基極為低電平，處于反向偏置而截止，晶體管V3，V4不導(dǎo)通，無(wú)報(bào)警信號(hào)輸出，蜂鳴器和報(bào)警指示燈不動(dòng)作。
當(dāng)荷重傳感器所感受到的載荷力大于最大安全容許值時(shí)，由、電阻R30和R40，R41，R42接成的分壓網(wǎng)絡(luò)提供給比較集成運(yùn)算放大器A5負(fù)向輸入端的電壓值大于正向輸入端參考電壓，比較器A5由于正反饋的作用輸出會(huì)很快翻轉(zhuǎn)由高電平轉(zhuǎn)為低電平，晶體管V2由導(dǎo)通變?yōu)榻刂梗w管V3基極電位由低到高，晶體管V3，V4飽和導(dǎo)通，通過(guò)蜂鳴器和報(bào)警指示燈自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提請(qǐng)操作者注意不要超載。
電路的工作過(guò)程如下當(dāng)開(kāi)關(guān)S合上，電源接通后，振蕩器開(kāi)始自激振蕩，產(chǎn)生一個(gè)等幅振蕩高頻交流信號(hào)提供給位移傳感器作信號(hào)激勵(lì)源。當(dāng)操作加載機(jī)構(gòu)進(jìn)行彈簧試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)位移傳感器和荷重傳感器分別將感受到的信號(hào)傳輸給位移測(cè)量回路和荷重測(cè)量回路，經(jīng)過(guò)處理放大，輸往數(shù)字顯示器和X—Y記錄儀進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，自動(dòng)記錄繪制彈簧特性線。
本實(shí)用新型另一實(shí)施方案可將經(jīng)過(guò)處理放大的彈簧位移和荷重信號(hào)，送至單片微型計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)量試驗(yàn)的彈簧特性線數(shù)據(jù)處理和存貯，由單片機(jī)適配的CRT顯示不同彈簧特性線和對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)既(1)在一定的試驗(yàn)載荷力下，測(cè)定的彈簧變形量(F)，(2)在一定的試驗(yàn)變形量下，測(cè)定的彈簧載荷力(P)，進(jìn)行不同彈簧的特性線對(duì)比，根據(jù)需要由單片機(jī)適配的繪圖儀打印數(shù)據(jù)，繪制彈簧特性線成為智能化儀器。
本實(shí)用新型由于具有上述結(jié)構(gòu)，因而其優(yōu)點(diǎn)是顯然的，即它與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作使用方便，載荷力和變形量數(shù)字顯示，精度高，穩(wěn)定性好，遲滯誤差和重復(fù)性誤差≤0.2％，測(cè)量快速等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求1.螺旋形彈簧特性測(cè)量裝置，它由螺旋形彈簧加載機(jī)構(gòu)和測(cè)量控制電路及顯示、記錄器三部組成，其特征在于①?gòu)椈杉虞d機(jī)構(gòu)由位移傳感器(1)、立柱(2)、位移支架(3)、上、下壓盤(pán)(4、6)、固定支架(5)、重力平衡傳遞機(jī)構(gòu)(7)、荷重傳感器(8)、底座(9)組成，其中，位移傳感器安裝在固定支架(5)上，其測(cè)桿與安裝在可在立柱上垂直移動(dòng)的支架(3)上的上壓盤(pán)(4)連接，荷重傳感器(8)固定在底座(9)上，在它與下壓盤(pán)之間安裝有重力平衡傳遞機(jī)構(gòu)(7)；②測(cè)量控制電路由位移傳感器的信號(hào)測(cè)量控制電路和荷重傳感器的信號(hào)測(cè)量控制電路組成，加載機(jī)構(gòu)中的位移傳感器的B1的初級(jí)繞組接位移信號(hào)振蕩激勵(lì)源電路，其次級(jí)繞組接位移相敏解調(diào)回路，其解調(diào)的信號(hào)經(jīng)跟隨器A3后輸至比較放大器A2的負(fù)向輸入端，比較放大器的正向輸入端與信號(hào)平衡電路的輸出端連接，A2輸出的信號(hào)接數(shù)字顯示器P4和X-Y記錄器P1；加載機(jī)構(gòu)中的荷重傳感器B2的輸出端接載荷傳輸測(cè)量電路，經(jīng)過(guò)信號(hào)跟隨器A3、A9及一級(jí)差動(dòng)放大A7后的載荷信號(hào)輸至第二級(jí)比較放大器A4的負(fù)向輸入端，A4的正向輸入端接信號(hào)平衡電路，A4輸出的信號(hào)的一路輸往P4及P1，另一路接過(guò)載報(bào)警電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋形彈簧特性線測(cè)量裝置，其特征在于彈簧加載機(jī)構(gòu)中的重力平衡傳遞機(jī)構(gòu)(7)由頂桿體(13)，其正下端中心的頂桿(15)，彈性金屬片(11、14)等構(gòu)成，頂桿體位于過(guò)渡套(12)內(nèi)，螺栓(10)將彈性金屬片平行(11、14)安裝在過(guò)渡套兩端，并將其固定在荷重傳感器的連接套(16)上，下壓盤(pán)、頂桿及傳感器的觸頭的中心線在一條軸線上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋形彈簧特性線測(cè)量裝置，其特征在于測(cè)量控制電路中的位移信號(hào)振蕩激勵(lì)回路由三個(gè)非門(mén)D1-D3和電阻R，R0及電容C連接構(gòu)成，該回路接在±9V電源和地線之間，其產(chǎn)生的高頻交流信號(hào)經(jīng)過(guò)電阻R1、晶體管V1反相輸往位移傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋形彈簧特性線測(cè)量裝置，其特征在于測(cè)量控制電路中的位移信號(hào)平衡回路由電阻R5、R6、R7串聯(lián)在±12V直流電源之間，形成分壓網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)電阻R45接集成運(yùn)算放大器A1正向輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋形彈簧特性線測(cè)量裝置，其特征在于測(cè)量控制電路中的載荷信號(hào)放大回路由電阻R47-R53，集成運(yùn)算放大器A7-A9組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋形彈簧特性線測(cè)量裝置，其特征在于測(cè)量控制電路中的載荷過(guò)載報(bào)警電路由R31-R38，集成運(yùn)算放大器A5，晶體管V2-V4，二極管V12，蜂鳴器和信號(hào)燈JH2組成，其中由電阻R32和R34串聯(lián)接在+9V電源和地之間形成分壓網(wǎng)絡(luò)，R32和R34之間的連接點(diǎn)經(jīng)電阻R33與A5正向輸入端相接。
專(zhuān)利摘要一種螺旋形彈簧特性線測(cè)量裝置，它采用機(jī)械參數(shù)電測(cè)技術(shù)，利用彈簧加載機(jī)構(gòu)上裝有的位移傳感器和荷重傳感器，感知螺旋形彈簧所受的載荷力和在該載荷力作用下的彈簧形變位移量，并將感知的機(jī)械量輸出，通過(guò)輸出顯示記錄設(shè)備，數(shù)字顯示器，CRT屏幕，X-Y記錄儀或繪圖儀達(dá)到顯示、記錄和繪制螺旋形彈簧特性線的目的。
文檔編號(hào)G01N3/00GK2222910SQ94227200
公開(kāi)日1996年3月20日 申請(qǐng)日期1994年2月9日 優(yōu)先權(quán)日1994年2月9日
發(fā)明者宋畢春, 謝珠龍, 陳曉勇, 曾東建 申請(qǐng)人:四川紅江機(jī)械廠