目前，液壓擺式玩鞥試驗(yàn)機(jī)的應(yīng)用十分普遍，但這類試驗(yàn)機(jī)都是通過測力表盤來定量的顯示整個(gè)試驗(yàn)過程的載荷值。一些重要的數(shù)據(jù)屈服極限，都是在測量過程中由實(shí)驗(yàn)人員目測出來的。除了指針儀表觀察不便，材料參數(shù)的分布差異造成試驗(yàn)過程不能及時(shí)預(yù)料，都有可能造成試驗(yàn)數(shù)據(jù)的一定偏差。

    使用單片機(jī)不僅可以實(shí)現(xiàn)測量顯示的數(shù)字化，還可以通過單片機(jī)的存儲器記憶重要的參數(shù)，以備試驗(yàn)結(jié)束后統(tǒng)計(jì)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

   

    1.測量儀表設(shè)計(jì)原理

    以最典型的低碳鋼拉伸試驗(yàn)為例，試驗(yàn)通常用φ10×L100低碳鋼標(biāo)準(zhǔn)試件。其拉伸曲線如圖1.OA段為線彈性范圍，在線彈性范圍內(nèi)邊形量很小，需要對該段內(nèi)的載荷值有較高的測量精度。進(jìn)入屈服階段（過B點(diǎn)）后，變形迅速增加，但載荷幾乎不增加，進(jìn)入強(qiáng)化變形階段(過C點(diǎn)）后。載荷又增加直至拉斷，這一段要求有足夠大的量程。對于φ10×L100低碳鋼標(biāo)準(zhǔn)試件。拉斷時(shí)的最大載荷值一般不超過45KN.若使用30頓的試驗(yàn)機(jī)選用滿量程為150KN的表盤載荷檔，選用該量程時(shí)，測力度盤的每刻度為0.5KN，可估讀到0，25KN，載荷數(shù)字式測量儀表不僅要定量地測量出變形過程中的載荷量。而且顯示精度至少不得低于0.25KN設(shè)計(jì)滿量程為60KN。

    試驗(yàn)機(jī)工作過程中，通過給主機(jī)工作缸加油，將荷載施加到試件上，同時(shí)工作油缸用過油管與測力油缸連接，將主油缸中的壓力值傳送到測力油缸中，然后通過機(jī)械裝置帶動(dòng)測力表盤中的指針運(yùn)動(dòng)，以顯示工作荷載值，將壓力傳感器與測力油缸連接，即可測得到相應(yīng)的荷載變化。儀表設(shè)計(jì)的整體框圖如圖2。

    2.傳感器的工作及選用

    在整個(gè)測量過程中，對彈性范圍要求有足夠的測量精度，對屈服以后要求有足夠大的量程，一般的傳感器不僅其精度與量程無法兼顧，就是信號處理過程也過于復(fù)雜。經(jīng)比較，選用了現(xiàn)蘭華傳感器廠生產(chǎn)的電感調(diào)頻式傳感器.

    該傳感器原理框圖如圖3.其工作原理為，傳感器壓力膜受到油壓力而發(fā)生位移，帶動(dòng)鐵芯在線圈內(nèi)移動(dòng)，引起磁導(dǎo)率變化，使

磁阻變化從而引起電感變化，最終造成諧振頻率變化。由此將輸入的壓力量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕念l率輸出量。

    該傳感器最大的優(yōu)點(diǎn)在于輸出的頻率信號式數(shù)字信號，因而省去了一般模擬傳感器需要的精密放大器及一數(shù)轉(zhuǎn)換的電路。尤其適合單片機(jī)處理。由于將壓力轉(zhuǎn)變?yōu)檩^高的頻率信號，所以該傳感器具有較高的精度，其量程也有多檔規(guī)格可供選用。非線性誤差一般在0.5%以下，由于輸出數(shù)字信號。故在干擾能力也遠(yuǎn)優(yōu)于模擬信號傳感器。

    3.接口電路及單片機(jī)

    單片機(jī)選用AT89C2051型。單片機(jī)在數(shù)據(jù)采集時(shí)，采樣速率與精度有矛盾，對于軸向拉亞試驗(yàn)，因要求緩慢加載，故采樣速度要求并不高，但在線彈性范圍內(nèi)，對采樣精度要求很高。因此首選需要較高的精度，其次才是盡可能快的采樣速率，為此在信號進(jìn)入單片機(jī)外部中斷口之前進(jìn)行了周期倍增處理。以提高測量精度。

    單片機(jī)只需將頻率脈沖在信號周期內(nèi)進(jìn)行計(jì)數(shù)，即可 測量出其代表的載荷值，用單片機(jī)作定時(shí)及其測量程序的方法已有多種資料介紹，不復(fù)贅述。

    其他設(shè)置的功能有；

   （1）置零；可任意設(shè)置相對測量零點(diǎn)，不僅便于讀數(shù)更重要的是，避免了零點(diǎn)擾動(dòng)造成的測量偏差。
   （2）鎖定；可用與存儲重要的試驗(yàn)值數(shù)據(jù)，如屈服極限點(diǎn)的載荷值
   （3）恢復(fù)；可以在鎖定存儲了數(shù)據(jù)后任何方便的時(shí)候按恢復(fù)鍵重新讀取這些數(shù)據(jù)。再次按恢復(fù)按鈕時(shí)。儀表將繼續(xù)顯示正在測量的荷載值。其間單片機(jī)正在進(jìn)行的測量在后臺繼續(xù)進(jìn)行。

    如果需要進(jìn)一步提高測量彈性變形段的精度及采樣速率，比較直接的方法是選用具有更高主頻的單片機(jī)，或提高傳感器的頻偏量。

    結(jié)論；采用電感調(diào)頻式傳感器配合單片機(jī)可以構(gòu)造一種成本較為低廉，結(jié)構(gòu)較為簡單的儀表。并能在測試過程中記錄某些重要的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，由于荷載信號已經(jīng)可以輸入到單片機(jī)中進(jìn)行處理，所以 正當(dāng)?shù)脑恍┩鈬娐?，就可以控制增加載荷的電磁閥。使施加載荷的過程更平穩(wěn)。從理論上講。電感調(diào)頻式傳感器輸出的數(shù)字信號可以傳送到PC機(jī)的RS232串口中。供PC機(jī)處理。若能將測壓力的電感調(diào)頻式傳感器與測位移的電感調(diào)頻式傳感器共同使用。同時(shí)測量出載荷與變形的二維數(shù)據(jù)，將載荷與位移數(shù)據(jù)對照觀察。效果將更好，若在PC機(jī)上處理載荷與位移二維信號后。不僅可以在屏幕上直接顯示這條試驗(yàn)曲線，而且可以存儲全部載荷及變形數(shù)據(jù)并打印。