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1500MPa超*壓*基準(zhǔn)砝碼自動(dòng)加載系統(tǒng)研制：

*、概述

我*超*壓*基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室擁有兩套自行研制的超*壓基準(zhǔn)活塞式壓力計(jì)，分別為1500MPa和2500MPa可控間隙活塞式壓力計(jì),各需加載500kg和1000kg砝碼。每塊砝碼50kg左右，手工加載困難。以往采用手控液壓系統(tǒng)進(jìn)行加載,解除了繁重的體力勞動(dòng),但每次加載需要人工*控制標(biāo)準(zhǔn)砝碼加載的位置,在測(cè)量過(guò)程中還需時(shí)刻監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)砝碼的位置并人為加以調(diào)整,操作繁瑣、控制難度大，給活塞式壓力計(jì)的運(yùn)行帶來(lái)了*定的不確定性。由于以上種種原因,目前*上較*壓力的活塞式壓力計(jì)已試用*些簡(jiǎn)單的半自動(dòng)砝碼加載裝置，但1000MPa以上壓力計(jì)目前*還沒(méi)有任何單位研制出切實(shí)可行的全自動(dòng)程控化的砝碼加載裝置。

近來(lái),我們?cè)?/span>1500MPa壓力*基準(zhǔn)上研制成功了程控化的全自動(dòng)砝碼加載系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用單片機(jī)和微機(jī)連接的方式來(lái)控制，通過(guò)角度編碼器對(duì)砝碼位置測(cè)量的手段來(lái)控制液壓傳動(dòng)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)砝碼自動(dòng)加載。實(shí)踐證明，該自動(dòng)加載系統(tǒng)完全符合*基準(zhǔn)的使用要求，取得了理想的效果。

二、原理

整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)--個(gè)位移_角度轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將砝碼上下位移轉(zhuǎn)換成角度變化,并采用編碼器測(cè)量產(chǎn)生*個(gè)與砝碼位置變化相對(duì)應(yīng)的脈沖輸出，采用MCS51單片機(jī)技術(shù)，將這個(gè)輸出脈沖轉(zhuǎn)換成砝碼的實(shí)際位移量,根據(jù)程序要求驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和電磁閥控制砝碼的升降,使之到達(dá)實(shí)際*需的位置。采用RS232通信技術(shù)與基準(zhǔn)壓力計(jì)測(cè)控系統(tǒng)連接,就可以在基準(zhǔn)壓力計(jì)上直接控制實(shí)際加載的砝碼數(shù)量。

我們將本套裝置應(yīng)用于1500MPa*基準(zhǔn)活塞式壓力計(jì),實(shí)現(xiàn)了程控全自動(dòng)砝碼加載,系統(tǒng)能夠以全自動(dòng)方式加載砝碼至任何**個(gè)整百數(shù)壓力工作點(diǎn),并具有砝碼下墜自動(dòng)補(bǔ)償、砝碼欠載和過(guò)充保護(hù)等功能,使壓力計(jì)的砝碼加載操作簡(jiǎn)便直觀、安全可靠。

砝碼加載系統(tǒng)可分為砝碼及液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、位移測(cè)量機(jī)構(gòu)、單片機(jī)測(cè)控部件和計(jì)算機(jī)通信與操作軟件四部分。

1.砝碼及液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

砝碼及液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由砝碼、吊掛件連接件、液壓活塞以及油泵組成。砝碼共有14塊，總質(zhì)量約為450kg，再加上吊掛系統(tǒng)及附加砝碼約為500kg，可平衡1500MPa壓力。

在常態(tài)下，砝碼層疊支撐于位于砝碼底部的液壓活塞頂盤上,這時(shí)活塞壓力計(jì)的測(cè)量活塞上的吊掛件與砝碼脫開,在工作狀態(tài)下,油泵帶動(dòng)液壓活塞,使液壓活塞頂盤跟著液壓活塞下降，活塞頂盤上的砝碼也隨之下降,當(dāng)下降達(dá)到砝碼間隔約6mm時(shí)，*塊砝碼通過(guò)橫梁吊掛螺釘加載到壓力計(jì)的活塞上，下面的砝碼吊掛螺釘和加載砝碼的下夾板保持脫開狀態(tài)，大約有(4~5)mm的間隙，因此保證了壓力計(jì)的測(cè)量活塞有(3~4)mm工作區(qū)域。*塊到*后*塊砝碼的加載原理也是如此。在砝碼吊掛螺釘上有*個(gè)空腔，用于調(diào)整砝碼質(zhì)量。

2.位移測(cè)量機(jī)構(gòu)

位移測(cè)量機(jī)構(gòu)由角度編碼器和位移-角度傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，其作用是將砝碼上下位移通過(guò)位移-角度傳動(dòng)機(jī)構(gòu)變成角度編碼器的旋轉(zhuǎn)角度,然后由角度編碼器根據(jù)實(shí)際角度輸出相應(yīng)的計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)。

3.單片機(jī)測(cè)控部件

單片機(jī)測(cè)控部件由輸入鍵盤單元LED顯示單元、*控制單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元和RS232通信單元組成,達(dá)到整個(gè)加減砝碼過(guò)程可采用多種方式由計(jì)算機(jī)或操作面板進(jìn)行控制,其操控模式有手動(dòng)控制模式、自動(dòng)控制模式、單塊控制模式和自動(dòng)復(fù)位模式,可以自動(dòng)補(bǔ)償由于油缸泄漏引起的砝碼下降并擁有砝碼欠:載和過(guò)沖的測(cè)控雙重保護(hù)功能。

4.計(jì)算機(jī)通信與操作軟件(1)計(jì)算機(jī)通信

單片機(jī)和上位工控計(jì)算機(jī)采用RS232串行通信,波特率為9600,8位數(shù)據(jù)1位開始位、1位停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)。通信協(xié)議定義了*有操作鍵*具有的操作功能,使上位計(jì)算機(jī)能操控單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其各項(xiàng)操作功能。

(2)操作軟件

上位計(jì)算機(jī)操作軟件采用VB編程,具體程序略。通過(guò)系統(tǒng)的通信,在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上可以執(zhí)行單片機(jī)系統(tǒng)的自動(dòng)加載、單塊加載手動(dòng)加載、復(fù)位功能以及當(dāng)前加載砝碼塊的位置修正，可以顯示砝碼實(shí)際狀態(tài)的圖像(模擬圖像),實(shí)現(xiàn)砝碼下墜實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)補(bǔ)償,配:合活塞位置位移測(cè)量的輸出數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)砝碼欠載保護(hù)。基準(zhǔn)壓力計(jì)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控加載的砝碼,并可以根據(jù)測(cè)量的需要對(duì)加載砝碼進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。

三、主要技術(shù)功能指標(biāo)1.位置記憶功能

位置存儲(chǔ)點(diǎn)為100MPa、200MPa、....1500MPa等15個(gè)壓力工作點(diǎn),對(duì)應(yīng)加載0~14的大片砝碼,每*個(gè)加載點(diǎn)在標(biāo)定位置時(shí)都會(huì)將當(dāng)前的編碼器輸出脈沖數(shù)寫入單片機(jī)的E2ROM中。程序?qū)⒚?片砝碼的工作位置存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，斷電后，數(shù)據(jù)仍能保持。砝碼位置數(shù)據(jù)*旦存儲(chǔ),單片機(jī)就*直會(huì)按存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行工作。

2.開機(jī)自動(dòng)去除防墜落保護(hù)

開機(jī)時(shí)程序會(huì)讓砝碼升起*點(diǎn)，蜂鳴器提示去除保護(hù)墊塊，按確認(rèn)鍵進(jìn)入100MPa起始位置。

3．全自動(dòng)功能

自動(dòng)加載砝碼進(jìn)入設(shè)定工作點(diǎn)，自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償因液壓系統(tǒng)泄漏而造成的砝碼位置變化。

4．單塊加載功能

只要按上升或下降鍵即可進(jìn)入上*個(gè)或下*個(gè)工作點(diǎn)，當(dāng)砝碼位置發(fā)生變化時(shí)，蜂鳴器提示手工按鍵校

準(zhǔn)，這樣在測(cè)量時(shí)不會(huì)由于砝碼位置補(bǔ)償動(dòng)作而影響測(cè)量結(jié)果。

5．手動(dòng)功能

砝碼加載完全由上升和下降鍵控制，程序只顯示砝碼的實(shí)際位置。

6．自動(dòng)復(fù)位功能

在試驗(yàn)結(jié)束后，砝碼必須回歸起始位置，以免壓力計(jì)長(zhǎng)時(shí)間受壓，造成活塞和其他結(jié)構(gòu)件的變形。

7．計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制功能

加載大砝碼共14塊，約470kg，整個(gè)系統(tǒng)既可由面板控制也可由計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制。

8．計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程操控功能

可由計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程操控執(zhí)行面板操作的*有基本功能。

9．自動(dòng)砝碼加載系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)

位置控制*度優(yōu)于0.1mm；位置控制范圍為（0～200）mm；位置分辨率為0.023mm。

10.砝碼欠載和過(guò)沖的測(cè)控雙重保護(hù)裝置

砝碼欠載保護(hù)就是當(dāng)壓力計(jì)已加壓到某*壓力點(diǎn)時(shí)，由于誤操作使加載砝碼低于實(shí)際要求的數(shù)量。由于欠載時(shí)活塞會(huì)升到活塞限位處，因此實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，采用激光位移計(jì)測(cè)量活塞的上限位置來(lái)提供砝碼欠載保護(hù)。砝碼過(guò)沖保護(hù)就是當(dāng)砝碼卸載時(shí)，油泵上升到砝碼全部脫開活塞時(shí)，為了避免油泵進(jìn)*步的上升，引起活塞壓力計(jì)橫梁結(jié)構(gòu)件的損壞而采取的保護(hù)措施。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，采用限位電子開關(guān)探測(cè)砝碼上下限位置來(lái)提供過(guò)沖保護(hù)。

四、結(jié)束語(yǔ)

活塞式壓力計(jì)是*種古老而又經(jīng)典的壓力測(cè)量?jī)x器，它具有其他壓力計(jì)量器具*無(wú)法比擬的測(cè)量*度和穩(wěn)定性能，但在實(shí)際測(cè)量中，砝碼加載*直是困擾人們的*個(gè)大問(wèn)題，這項(xiàng)工作費(fèi)時(shí)費(fèi)力而且容易損壞活塞。本項(xiàng)目的研制并成功應(yīng)用于超*壓*基準(zhǔn)裝置，不但使超*壓*基準(zhǔn)的運(yùn)行水平有了質(zhì)的飛躍，還為本項(xiàng)目今后用于常壓活塞式壓力計(jì)提供了必需的條件，并對(duì)今后活塞式壓力計(jì)的發(fā)展起到重要作用。