多通道稱重傳感器蠕變測試系統(tǒng)方案及應用

黃海波

摘 要：為提高稱重傳感器蠕變測試的檢測精度和生產(chǎn)效率，本文介紹了如何利用計算機控制系統(tǒng)和載荷砝碼加載機改造傳統(tǒng)手工傳感器蠕變檢測方式，通過串口通信對多臺精密測試儀表數(shù)據(jù)采集及PLC控制自動加載砝碼，研發(fā)出一套多通道，操作簡便，穩(wěn)定性強，實時傳輸能力快速的自動化檢測設備，并已在本單位生產(chǎn)實際中得以應用。

關鍵詞：稱重傳感器；蠕變測試；串口通信

中圖分類號： TH715 文獻標志碼：A

0 引言

蠕變是影響電阻應變稱重傳感器的精確度和長期穩(wěn)定性的重要因素， 蠕變測試是此類傳感器研究﹑開發(fā)﹑生產(chǎn)和驗收過程中必不可少的一項工作。常規(guī)的測試方式是實驗人員手工加載砝碼，然后按照一定的時間間隔依次讀取和記錄傳感器的輸出值， 然后再根據(jù)規(guī)定的計算公式求出相應的技術(shù)指標，由于人工觀測及記錄數(shù)據(jù)很煩瑣，手工加載砝碼一致性比較差，若能將此項工作自動化，不但可以彌補人工測量的不足，減少勞動強度，提高測量的準確性及工作效率，而且測試數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫，有助于計算機通過數(shù)據(jù)分析對傳感器的蠕變特性的深入研究和了解。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

本文的蠕變測試系統(tǒng)由按鈕輸入模塊、條碼掃描模塊、儀表數(shù)據(jù)采集模塊、PLC輸出控制模塊、載荷砝碼加載機等組成，稱重傳感器按規(guī)定要求安裝在加載測試治具，傳感器通過電纜線與6000精密數(shù)字測量儀的輸入端連接，然后各通道精密儀表的數(shù)據(jù)通過多串口卡實時傳到計算機進行數(shù)據(jù)處理。自動加載砝碼部分則是由上位機通過RS485與PLC通信，PLC的I/O采集外部按鈕信號，輸出控制電磁閥驅(qū)動氣缸實現(xiàn)載荷發(fā)生設備砝碼自動加載及卸載。

2 系統(tǒng)設計

2.1 蠕變自動測試系統(tǒng)的原理

根據(jù)測試要求，在進行蠕變實驗時，應先對被測傳感器施加3次預載荷， 觀察預加載后零點輸出變化，待傳感器零點輸出穩(wěn)定后盡快無沖擊地加載砝碼，然后讀出加載后的初始輸出值，而后在規(guī)定的測試時間按一定的時間間隔依次讀取加載和卸載輸出值。每次采樣后，可自動在計算機屏幕顯示每個通道測量值及判斷蠕變等級。操作者只需將稱重傳感器裝安裝到放到載荷發(fā)生設備的工裝上，由計算機軟件對多通道的精密數(shù)字測量儀采集后的數(shù)據(jù)進行分別處理，對稱重傳感器的蠕變、零點差和回零數(shù)據(jù)按設計的標準判斷自動判斷蠕變等級分類放置，測試數(shù)據(jù)存入計算機數(shù)據(jù)庫，為后期產(chǎn)品統(tǒng)計和質(zhì)量追溯提供數(shù)據(jù)支持。

2.2 蠕變測試載荷凈重加載機設計

該設備可用于批量化高精度稱重傳感器生產(chǎn)測試，在載荷發(fā)生設備的設計中主要考慮因素有：力值精確，自動定位，加載穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低廉。為實現(xiàn)以上要求，針對性的設計制作這套砝碼自動加載蠕變測試機：（1）該設備采用砝碼作為力源，確保了加載力值的準確性和一致性；（2）使用氣缸作為執(zhí)行件，上吊掛與氣缸直接連接，下吊掛與砝碼連接，通過氣缸的上下運動來模擬人工加載與卸載動作，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，成本低廉。（3）通過加載臺面和工裝的定位設計以及設氣缸垂直升降的導向機構(gòu)確保了垂直加載點的一致性。（4）加載穩(wěn)定性是至關重要的，為解決該問題，首先通過節(jié)流閥調(diào)速控制氣缸下降速度緩慢平穩(wěn)，上升速度及時迅速。（5）在加載的系統(tǒng)中采用插銷式砝碼結(jié)構(gòu)，便于切換不同量程的載荷（10kg～100kg），使用方便。凈重式蠕變加載機如圖1所示。

3 智能化的軟件操控

本系統(tǒng)以Visual C# 2010作為軟件開發(fā)平臺，采用多線程技術(shù)來實現(xiàn)8個通道數(shù)據(jù)并發(fā)處理，通過ADO.NET 連接后臺數(shù)據(jù)庫Microsoft SQL2008，根據(jù)蠕變測試方法的需要編制測試軟件，實現(xiàn)智能儀表數(shù)據(jù)采集和蠕變加載機的協(xié)調(diào)工作。人機界面豐富，操作簡單，只需設定好產(chǎn)品的相關測試參數(shù)，點擊軟件開始或按鈕，之后可實現(xiàn)全過程自動化測試，測試流程固定，并可以根據(jù)產(chǎn)品測試需要調(diào)整測試時間及蠕變等級標準，該軟件還具有以下功能：控制加載設備按設定時間對產(chǎn)品加載及卸載砝碼；自動識別稱重傳感器加載、卸載起始時間；測試過程中自動記錄測試數(shù)據(jù)并計算、判斷蠕變等級，異常報警；測試結(jié)束后保存數(shù)據(jù)在遠程數(shù)據(jù)庫方便查詢；查詢數(shù)據(jù)及統(tǒng)計功能。

4 串口通信及PLC控制技術(shù)

在本系統(tǒng)的開發(fā)中使用到PLC控制技術(shù)，在工業(yè)環(huán)境中具有非常高的可靠性和抗干擾性，通信周期所用時間也完全能滿足實時控制要求，實現(xiàn)了計算機同步控制凈重式蠕變加載機及采集輸入控制按鈕信號。凈重式蠕變加載機主要控制件是24V直流電磁閥，為了實現(xiàn)精密測量儀數(shù)字采集與設備加載部分的同步運行，使用PLC對8臺凈重式蠕變加載機進行時序控制，首先設定好通信參數(shù)（波特率，數(shù)據(jù)位，奇偶校驗等），然后在計算機上通過RS485與PLC進行實時通信控制，從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集與設備加載兩部分的同時運行。MODBUS通信協(xié)議是采用主/從模式，也就是主站發(fā)通信命令給從站，從站收到之后再回應主站，這一收一回才算完成一個完整的通信信息交換。MODBUS通信協(xié)議分為ASCII和RTU兩種傳輸模式，數(shù)據(jù)校驗也有相對應的LRC及CRC校驗方式。上位機對多臺儀表的數(shù)據(jù)采集則通過多串口卡RS232通信方式來實現(xiàn)。

結(jié)語

該蠕變測試系統(tǒng)方案很大的特點是可以實現(xiàn)多臺蠕變測試機并行工作，實際應用中應注意把各臺蠕變凈重加載實驗機安裝在不同的工作平臺相互隔離，避免多通道蠕變實驗機工作時相互干擾，確保被測傳感器凈重載荷的準確性，實現(xiàn)電阻應變稱重傳感器蠕變特性測試的自動化，具有計時準確，采樣數(shù)據(jù)處理迅速，測試數(shù)據(jù)保存后方便查詢、統(tǒng)計和分析，極大的減輕測試者的勞動強度，提高工作效率等優(yōu)點，對于批量生產(chǎn)的蠕變特性測試很具有實用性。

參考文獻

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