專利名稱：一種智能應(yīng)力測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及殘余應(yīng)力測試技術(shù)，具體地說是一種智能應(yīng)力測試儀。
焊接殘余應(yīng)力的存在，對結(jié)構(gòu)的抗疲勞斷裂、抗應(yīng)力腐蝕開裂、抗脆斷等都有很密切的關(guān)系。如果能夠?qū)堄鄳?yīng)力進(jìn)行準(zhǔn)確方便地測定，對結(jié)構(gòu)內(nèi)存在的殘余應(yīng)力大小和性質(zhì)以及分布狀態(tài)有清楚了解的話，那么就可以較科學(xué)地評價消除殘余應(yīng)力工藝技術(shù)的規(guī)范和消除效果。另外，通過測定殘余應(yīng)力，了解其分布范圍、峰值大小及其位置，可為設(shè)計結(jié)構(gòu)、選用材質(zhì)提供科學(xué)的依據(jù)。所以測定殘余應(yīng)力是有重要意義和實用經(jīng)濟(jì)價值的。伴隨測定方法的改進(jìn)，其測量設(shè)備主要有1)CCY-84型磁測應(yīng)力儀用于對具有磁性的鋼結(jié)構(gòu)件，難以應(yīng)付焊接接頭組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的情況，并對構(gòu)件的表面平整度要求很大，不能在工程中得到廣泛應(yīng)用；2)傳統(tǒng)的靜態(tài)電阻應(yīng)變儀，從電子管型到晶體管型，如今發(fā)展成體積更輕便的集成電路型，是目前市場上廣泛通用的應(yīng)變測試儀。如YJ-26和YJ-27型應(yīng)變儀，是近幾年應(yīng)力測定中的主要應(yīng)變測量設(shè)備。這些應(yīng)變儀雖在內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外形重量上有所改進(jìn)，但仍然未擺脫傳統(tǒng)的單純測量應(yīng)變的設(shè)計思想，這就使得應(yīng)力測定分應(yīng)變測量與應(yīng)力計算兩步進(jìn)行，不利于現(xiàn)場應(yīng)力測定的簡單、方便原則。綜上，傳統(tǒng)的應(yīng)變測試設(shè)備，無論是磁測應(yīng)力儀，還是動態(tài)電阻應(yīng)變儀、靜態(tài)電阻應(yīng)變儀，所測得的都是應(yīng)變值或是中間值；有的應(yīng)變儀雖開發(fā)了打印功能，但打印的內(nèi)容只是局限于應(yīng)變范圍，況且重量大，尺寸大，攜帶不便，操作復(fù)雜。
本實用新型的目的是提供一種新型的能將應(yīng)力測量與計算一次完成的智能應(yīng)力測試儀。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取的技術(shù)方案是包括測量電橋、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器和面板控制器、供電器、存儲器、液晶顯示器，通道控制器，其中測量電橋經(jīng)通道控制器與面板控制器相連，放大器輸入信號為測量電橋電路的電壓輸出信號，放大器輸出放大信號接至A/D轉(zhuǎn)換器，其特征在于加設(shè)單片機(jī)于A/D轉(zhuǎn)換器和液晶顯示器之間，A/D轉(zhuǎn)換器將應(yīng)變信號轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)變數(shù)字信號接至單片機(jī)的輸入端，單片機(jī)輸出將應(yīng)變數(shù)字信號經(jīng)存儲器輸出至液晶顯示器，同時單片機(jī)將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為應(yīng)力的值也送至液晶顯示器的輸入端；面板控制器經(jīng)單片機(jī)與通道控制器相連。
本實用新型具有如下優(yōu)點1.具有應(yīng)力測量與計算一體化特點。本實用新型以單片計算機(jī)為中央處理器，采用高精度測量放大器和電子多路開關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、處理，在簡化上一代應(yīng)變儀測量橋路的基礎(chǔ)上，采用應(yīng)變—應(yīng)力的轉(zhuǎn)化控制程序，使儀器在測量應(yīng)變值的同時能直接計算、顯示出殘余應(yīng)力值，實現(xiàn)了殘余應(yīng)力測量的自動化，大大簡化了原始的應(yīng)力測試過程，使采用壓痕法測試應(yīng)力技術(shù)變得十分簡單。
2.具有多功能的特點。本實用新型的顯示采用大屏幕液晶菜單方式，機(jī)內(nèi)帶有10點應(yīng)變測試、自動調(diào)零、自動測試、測試數(shù)據(jù)屏幕顯示、貯存、數(shù)據(jù)處理、打印輸出等多功能，與現(xiàn)有的應(yīng)力測試設(shè)備相比，精度更高，速度更快。
3.本實用新型具有體積小、重量輕、測試方便等特點。另外儀器內(nèi)部帶有充電及外部供電兩路電路，在無供電的情況下也能正常測試，為用戶在野外測試提供了方便。
4.應(yīng)用范圍廣。本儀器可以作為壓痕法測量殘余應(yīng)力專用設(shè)備，也可以結(jié)合其它測量方法用于現(xiàn)場、實驗室等各種條件下的應(yīng)力—應(yīng)變測試，一機(jī)多用。


圖1為本實用新型的電路框圖。
圖2為本實用新型的電路原理圖。
圖3為本實用新型的單片機(jī)中應(yīng)變--變力轉(zhuǎn)變程序流程圖。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
如圖1、2所示，本實用新型包括測量電橋、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器和面板控制器、供電器、存儲器、液晶顯示器，通道控制器，其中測量電橋分全橋、半橋兩種連接方式，每個連接方式有10點應(yīng)變測試通道，經(jīng)通道控制器與面板控制器相連，即通道號的設(shè)置由通道控制器通過面板按鍵的選擇進(jìn)行自動控制；放大器輸入信號為測量電橋電路的電壓輸出信號，放大器輸出將電壓信號放大，接至A/D轉(zhuǎn)換器，加設(shè)一單片機(jī)于A/D轉(zhuǎn)換器和液晶顯示器之間，A/D轉(zhuǎn)換器將電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號接至單片機(jī)的輸入端，單片機(jī)輸出將應(yīng)變數(shù)字信號經(jīng)存儲器輸出至液晶顯示器，同時單片機(jī)中應(yīng)變-變力轉(zhuǎn)變程序?qū)?yīng)變轉(zhuǎn)換為應(yīng)力的值也送至液晶顯示器的輸入端；單片機(jī)輸出還經(jīng)串口接打印機(jī)，面板控制器經(jīng)單片機(jī)與通道控制器相連；A、B、C、D為應(yīng)力測試端點；所述測量電橋輸入端由兩級運(yùn)算放大器F4、F5提供橋壓，與測量電橋輸出端連接的放大器由運(yùn)算放大器F1～F3三級串聯(lián)組成，A/D轉(zhuǎn)換器U2采用A/D7710芯片，單片機(jī)U3采用89C52芯片，其輸出信號經(jīng)存儲器U4(X25045)至液晶顯示器，液晶顯示器為TLX-711A圖形液晶顯示器，面板控制器U5采用HC245芯片，其輸出分別至單片機(jī)U3和液晶顯示器，通道控制器U1采用4514芯片，輸出至測量電橋，供電器由串聯(lián)連接的充電器件(U6)、電壓分配器件(U7)、穩(wěn)壓器件U8～U9組成，分別采用779、712、649、34063芯片，穩(wěn)壓器件U8～U9將電壓穩(wěn)在±8.5V。
本實用新型工作原理是
由面板控制器通過按鍵給出信號，經(jīng)單片機(jī)U3、通道控制器U1將通道信號送至測量電橋，控制測量電橋通道，測量電橋輸出經(jīng)放大器F1～F3將測量電壓信號放大，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器U2將電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，單片機(jī)U3中應(yīng)變應(yīng)力轉(zhuǎn)換程序?qū)?yīng)變轉(zhuǎn)換為應(yīng)力的值送至液晶顯示器的輸入端，單片機(jī)U3還將應(yīng)變數(shù)字信號送至液晶顯示器。
如圖3所示，所述應(yīng)變—應(yīng)力轉(zhuǎn)化程序，具體流程為首先按鍵輸入預(yù)測材料常數(shù)屈服應(yīng)力YS，打印地址n，彈性模量E，泊松比μ，按鍵輸入斜率a1，截距b1，斜率a2，截距b2，再讀入測點應(yīng)變值ε1和ε2，然后銨鍵輸入壓痕直徑d，進(jìn)行a＝a1-b1d及b＝a2-b2d操作，用公式εe1＝(ε1-b)/a和εe2＝(ε2-b)/a計算彈性應(yīng)變值，將其值代入殘余應(yīng)力求解公式σ1＝E(εe1+μεe2)/(1-μ2)σ2＝E(εe2+μεe1)/(1-μ2)求得殘余應(yīng)力，然后判斷殘余應(yīng)力σ1或σ2是否大于屈服應(yīng)力YS，如果為肯定結(jié)果，再決定是否繼續(xù)，若繼續(xù)，則回初始待輸入材料參數(shù)狀態(tài)，繼續(xù)測試下一個數(shù)據(jù)，否則顯示輸出殘余應(yīng)力σ1、σ2值；若判斷殘余應(yīng)力σ1或σ2是否大于屈服應(yīng)力YS為否定結(jié)果，則直接顯示輸出殘余應(yīng)力σ1、σ2值。
主要功能1.可用于壓痕法的殘余應(yīng)力測量和其他方法的應(yīng)變測量；2.10通道的數(shù)據(jù)測量、貯存、顯示及打印輸出；3.自動標(biāo)定、自動調(diào)零、自動測量；4.應(yīng)變—應(yīng)力的自動轉(zhuǎn)化；5.機(jī)內(nèi)自動供電、自動充電。
主要技術(shù)指標(biāo)
1.輸入應(yīng)變范圍0～±32768με；2.測量方式全橋、半橋、1/4橋；3.靈敏系數(shù)K范圍0.100～9.999；4.線性誤差≤±0.1％±5字；5.零點漂移≤5με±5字；6.外形尺寸290×200×120mm；7.重量≈1Kg。
本實用新型作為一種無損高精度的應(yīng)力測試儀，試用于國內(nèi)工程的應(yīng)力測試中，使得實驗壓痕法的應(yīng)力測試過程更加簡單方便，與現(xiàn)有的應(yīng)力測試設(shè)備相比，精度更高，速度更快。
比較例原機(jī)械部鄭州機(jī)械研究所在最近幾年研制的YC-III型應(yīng)力測量儀，是盲孔法和環(huán)芯法兩種方法測量殘余應(yīng)力的專用儀器。YC-III型應(yīng)力測量儀重量大、體積大，面板設(shè)計較為復(fù)雜，而且不能實現(xiàn)壓痕法測量應(yīng)力時應(yīng)力—應(yīng)變的自動轉(zhuǎn)化。
權(quán)利要求1.一種智能應(yīng)力測試儀，包括測量電橋、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器和面板控制器、供電器、存儲器、液晶顯示器，通道控制器，其中測量電橋經(jīng)通道控制器與面板控制器相連，放大器輸入信號為測量電橋電路的電壓輸出信號，放大器輸出放大信號接至A/D轉(zhuǎn)換器，其特征在于加設(shè)單片機(jī)于A/D轉(zhuǎn)換器和液晶顯示器之間，A/D轉(zhuǎn)換器將應(yīng)變信號轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)變數(shù)字信號接至單片機(jī)的輸入端，單片機(jī)輸出將應(yīng)變數(shù)字信號經(jīng)存儲器輸出至液晶顯示器，同時單片機(jī)將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為應(yīng)力的值也送至液晶顯示器的輸入端；面板控制器經(jīng)單片機(jī)與通道控制器相連。
2.按照權(quán)利要求1所述智能應(yīng)力測試儀，其特征在于所述單片機(jī)輸出經(jīng)串口接打印機(jī)。
專利摘要一種智能應(yīng)力測試儀。包括測量電橋、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器和面板控制器、供電器、存儲器、液晶顯示器，通道控制器，測量電橋經(jīng)通道控制器與面板控制器相連，放大器輸入信號為測量電橋電路輸出信號，輸出信號至A/D轉(zhuǎn)換器，加設(shè)單片機(jī)于A/D轉(zhuǎn)換器和液晶顯示器間，單片機(jī)輸出將應(yīng)變數(shù)字信號輸出至液晶顯示器，同時還將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為應(yīng)力的值送至液晶顯示器；面板控制器經(jīng)單片機(jī)與通道控制器相連。它能將應(yīng)力測量與計算一次完成。
文檔編號G01N3/40GK2526828SQ0124165
公開日2002年12月18日 申請日期2001年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月18日
發(fā)明者陳靜, 陳懷寧, 林泉洪, 黃春玲 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所