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耐磨熱電偶

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一種基於結構強度試驗的信號檢測技術

來源:www.kimmosasi.net作者:發表時間:2019-10-22

    [摘 要] 在結構強度試驗中,對於在稱重試驗件、吊掛試驗(不需要加載)、監控充氣氣壓反饋值、簡單的應變 /位移測量和檢測熱電偶溫度也要使用大型的控製係統設備、測量設備及其他相關的設備的情況,為了節約成本,提高效率,開發了一種基於結構強度試驗的信號檢測技術。該項技術可以縮短測量試驗件所需的信號時間,並為試驗人員測量信號提供方便。

    1 引 言
    在結構強度試驗過程中,對於試驗件稱重、吊掛試驗(不需要加載)、監控充氣氣壓反饋值、簡單的應變 / 位移測量和檢測熱電偶溫度也要使用大型的控製係統設備、測量設備及其他相關設備的情況,為了節約成本,提高效率,開發一種信號測量技術。該項信號測量技術還能測量電壓(毫伏級)、電流(毫安級)等多種類型的數據。市場上所使用的數字萬用表測量電壓、電流使用方便,但由於其不帶放大電路,對於測量電壓(毫伏級)、電流(毫安級),精度較低。若增加顯示位數安捷倫(Agilent)、福祿克(Fluke)儀表,則價格昂貴,並且數字萬用表不能測量溫度、應變等其他類型數據。因此,有必要研製一種體積小、攜帶方便,測量較為精確的一種信號測量器。該裝置研發出來後已應用於多種類型信號測量的結構強度試驗中,取得了良好的效果。

    2 基本原理
    該項技術主要是能把各種物理量正確測量出來,並保證測量精度。要達到這個目的,必須有相應的耐磨熱電偶,還有能把耐磨熱電偶的輸出信號轉換成物理量的檢測器,以及涉及到數據處理,能把物理量正確無誤顯示出來。選擇 AL808 調節器能夠實現這種轉換。而耐磨熱電偶一般情況下不帶供電,因此檢測器中需提供滿足耐磨熱電偶正常工作的橋壓,其橋壓的精度對檢測至關重要,必須保證在 0.1%~0.3% 之間,並且檢測技術也應包括抗幹擾能力及信號修正等特點。根據技術指標設計出該檢測器。

    3 電路設計及組成
    3.1 電路設計
    由於工作環境的特殊性,設計理念力求穩定、可靠、耐用、免維修。圖 1 是檢測器電路設計圖,包括檢測器信號輸入插座、AL808 調節器、電池模塊、換向開關、選擇開關、電源開關、限流電阻、電位器、電池模塊及電池。通過電池給電池模塊供電,兩個電池模塊分別接入到 AL808 調節器中和插座及限流電阻;通過選擇開關不同的切換,來檢測不同的信號。

 

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    3.2 電路組成
    選取元器件來滿足電路設計要求,其包括以下部分:
    (1)6 孔插座,在測量不同類型的數值(力值、應變、熱電偶、電壓、電流等),選擇不同的插孔進行信號輸入 / 輸出使用。
    (2)換向開關 K3,擴大儀器顯示範圍,在正常情況下可顯示 -1999 到 9999,增加換向開關後,可顯示範圍為 ±9999。若輸入信號為正時,則 2 接 1,5 接 4 進行測量;若輸入信號為負時,2 接 3,5 接 6 進行測量。
    (3)AL808 調節器,通過測試不同類型的物體,輸入設定
的參數、顯示被測物體的數值,以及增加 / 減少閃爍數碼管
的數值,可參考該器件說明書。
    (4) DF512S5 電池模塊,給電位器提供 5V 電壓。
    (5) 限流電阻 R,阻值為 20kΩ,將電流控製在 0~20mA範圍內。
    (6) 選擇開關 K2,在測量力耐磨熱電偶、應變片、磁場強度耐磨熱電偶進行調零時,需閉合;在測量電流、電壓、溫度,無需調零時,則斷開。
    (7) 電位器,起調節電壓(含直流電壓與信號電壓)和電流的大小的作用。
    (8) 檢測孔,用於檢測輸入信號是否超過已輸入設定的信號範圍,可用萬用表進行跟蹤檢測是否超出範圍。整個控製電路設計使用了最少的元件種類、最少的元件數量,采用最合理的元件布局,結構清晰明了,整個裝置輕便,節省空間,實現了優化的方案。

    4 信號檢測
    根據不同的耐磨熱電偶,需要設置相應的參數,檢測器直接顯示相應的物理量,智能數字顯示器主要參數有:輸入信號類型、輸入信號範圍、輸入信號上 / 下限、主輸入平移修正值、小數點位置及濾波係數等。

    (1) 熱電偶檢測溫度
    將熱電偶插入 6 孔插座的第 1-2、1-5 位。第 1-2 位通過換向開關 2-1 到 2-2 接入到 AL808 調節器中的第 19 位,第 1-5 位通過換向開關 2-4 到 2-5 接入到 AL808 調節器中的第 18 位上,其被測溫度在 AL808 調節器上顯示出來;顯示範圍 -100.0~800.0℃,測量精度 ±0.2%。

    (2) 熱電阻檢測溫度
    選用 6 孔插座的第 1-2、1-5、1-6 位,第 1-2 位通過換向開關 2-1 到 2-2 接入到 AL808 調節器中的第 19 位,第 1-5位通過換向開關 2-4 到 2-5 接入到 AL808 調節器中的第 18位上,第 1-6 位直接接入到 AL808 調節器中的第 20 位上,顯示範圍 -199.9℃ ~600℃,測量精度 ±0.2%。

    (3) 測磁探頭檢測磁場強度
    將測磁耐磨熱電偶中的橋壓及輸出位分別接入檢測器中 6 孔插座的第 1-1、1-3、1-4 位,組成差分電路,以測量磁場強度。
    (a) 測量 S 極換向開關 K3 的 2-1 和 2-2 導通、2-4 與 2-5 導通;
    (b) 測量 N 極換向開關 K3 的 2-2 和 2-3 導通、2-5 與 2-6 導通;將選擇開關 K2 閉合,通過電位器上的旋鈕對耐磨熱電偶進行調零,然後再測量極值大小。用高精度高斯計標定顯示範圍 0~50.00MT(S,N);

    (4) 力值耐磨熱電偶測量力值
    將耐磨熱電偶接入 6 孔插座的第 1-1、1-2、1-4、1-5 位。其中 1-1(+),1-4(-)接耐磨熱電偶的正負橋壓線,1-2(+)、1-5(-)接耐磨熱電偶的正負反饋信號線。
    (5) 測量拉力
    換向開關 K3 的 2-1 和 2-2 導通、2-4 與 2-5 導通,耐磨熱電偶的反饋信號通過換向開關到 AL808 調節器上,並將選擇開關 K2 閉合,那麽電位器的第 7-1、7-3 位通過選擇開關接入到 AL808 調節器上第 19、18 位上。

    (6) 測量壓力換向開關 K3 的 2-2 和 2-3 導通、2-5 與 2-6 導通,耐磨熱電偶的反饋信號通過換向開關到 AL808 調節器上,並將選擇開關 K2 閉合,那麽電位器的第 7-1、7-3 位通過選擇開關接入到 AL808 調節器上第 19、18 位上。首先通過電位器上的旋鈕對耐磨熱電偶進行調零,然後再測量力值大小。若在調零前,調節器顯示超差範圍,可用數字萬用表通過檢測孔先進行顯示,直到調整到 AL808 調節器顯示範圍內時,顯示範圍 ±99.99kN,測量精度 ±0.2%。

    (7) 弓形引伸計測量位移與測量力值接法一致。標距 100mm,變形量 ±20mm,測量精度 ±0.5%。

    (8) 電阻式位移計測量位移選用 6 孔插座的第 1-1、1-2、1-4、1-6 位,行程 0—10mm,測量精度 0.5%。

    (9) 測量電壓(毫伏級)選用 6 孔插座的第 1-2(+)、1-5(-)位 , 測量 0-5V則選用 6 孔插座的第 1-2(+)、1-6(-)位。

    (10) 測量直流電流(毫安級)選用 6 孔插座的第 1-2、1-5 位,並在第 1-2 位和第 1-5位並聯 1 個 500Ω 的電阻。

    5 結 語
    在實際應用中,該項技術經過巧妙的構思,利用簡單的電路,少量的元件,性價比高,並解決了數字電壓表不能測量電壓(毫伏級)及電流(毫安級)的問題。可與多種耐磨熱電偶配用,組成結構簡單、操作方便的專用檢測裝置,內置電池使檢測器能在無市電條件下工作,抗幹擾能力強,特別適合於條件惡劣的場合使用,具有較好的經濟效益。

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