【正文】 4WRE型電磁。4WRE型電磁比例換向閥采用板式連接，閥體采用鑄造內(nèi)油道，主閥芯采用彈簧對中。閥芯的位移由與電控制器相連的傳感器來檢測，糾正與要求位置的任何偏差，保證準(zhǔn)確的流量。該閥主要由閥體位置傳感器兩個比例電磁鐵閥芯4及兩個復(fù)位彈簧5組成。圖311即為閥壓降轉(zhuǎn)化為1MPa時的特性曲線。對于本文中量程為600KN的試驗機(jī)而言，有:根據(jù)比例方向閥額定流量的定義將最大流量轉(zhuǎn)化為時的等效流量:在比例方向閥控制特性曲線簇中=。實際通過比例方向閥的最小流量對應(yīng)的輸入信號應(yīng)該超過比例方向閥的死區(qū)。當(dāng)然，如果大流量工況下的時間較短，用提高閥壓降的辦法獲得短時間內(nèi)的大流量，則可充分發(fā)揮比例方向閥在大信號下的通流能力。在工業(yè)現(xiàn)場中，用改變比例方向閥進(jìn)口壓力的辦法來改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運動速度，實際上是用改變△p的方法調(diào)整流量。閥壓降太低，通過閥口的流量容易受到壓力波動的影響，表現(xiàn)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運動速度容易受到干擾。實際選用時，通常是先確定閥壓降的合理范圍，再按控制特性曲線選定額定流量合適的比例方向閥。確定比例方向閥的額定壓力時，要注意比較比例方向閥每個油口的壓力區(qū)別，設(shè)計時要保證每個油口的額定壓力比每個油口所在系統(tǒng)中的實際壓力高。以下是部分 Bosch Rexroth系列比例方向閥的參考依據(jù)。帶內(nèi)部反饋閉環(huán)的比例方向閥，其穩(wěn)定性和動態(tài)響應(yīng)特性均優(yōu)于前者，適用于控制精度較高的系統(tǒng)。同一直徑的閥芯，當(dāng)只有閥口面積梯度W(又稱為閥口的周向開度)發(fā)生變化時，對應(yīng)的額定流量也會相應(yīng)變化，這就是同一通徑的比例方向閥有不同額定流量的原因。通常規(guī)定，閥壓降為1MPa且輸入信號達(dá)到100%(滿量程)時對應(yīng)的輸出量(對應(yīng)曲線l)定義為比例方向閥的額定流量。當(dāng)比例方向閥閥口面積A(i)不變(對應(yīng)閥的輸入信號一定)，如果要求通過閥口的流量增加一倍，則對應(yīng)閥口上的壓差就是原來的4倍。i__比例方向閥電磁鐵通過的電流(A)。A(i)__比例方向閥單個閥口的通流面積(m2)，與控制信號的大小有關(guān): (32)W__閥口的面積梯度，由方向閥芯行程xv和方向閥的額定流量決定，與比例方向閥輸入信號的幅值和最大閥芯位移有關(guān)。K__與節(jié)流孔口形狀、油液密度和油溫相關(guān)的系數(shù)，在一定的介質(zhì)溫度下，對確定的比例方向閥和工作介質(zhì)，K可視為常數(shù)。反應(yīng)速度反應(yīng)速度較低，適合于靜態(tài)液壓試驗機(jī)(頻寬Hz/3dB) 25 伺服閥反應(yīng)速度較高，頻寬(Hz產(chǎn)3dB) 20^200，適合于動態(tài)試驗機(jī)。使用維護(hù)可采用計算機(jī)總線插卡式設(shè)計，所有功能通過軟件來設(shè)計，所有功能通過軟件來完成，有利于功能擴(kuò)展、軟件升級及微機(jī)聯(lián)網(wǎng)，并且具有故障自診斷功能，維修極為方便，只需更換微機(jī)內(nèi)相應(yīng)插卡即可。起動性能在低壓起動，系統(tǒng)壓力隨試驗力增加而比例增加，噪音低、油溫不易上升，不需冷卻裝置。 表35電液比例閥和伺服閥控制技術(shù)在靜態(tài)萬能試驗機(jī)上的應(yīng)用類型電液比例閥伺服閥抗污染能力抗污染能力極強(qiáng)，對液壓油的過濾要求為20 u m，可實現(xiàn)無故障運行對液壓油的過濾要求需達(dá)到3pm以內(nèi)，抗污染能力極弱，尤其對靜態(tài)液壓式試驗機(jī)間隙密封的柱塞油缸，更易引起油質(zhì)污染，阻塞伺穩(wěn)定性純數(shù)字電器伺服控制、電路簡單，穩(wěn)定性非常高。比例換向閥是由比例電磁鐵控制帶電反饋的直動型比例換向閥，用來控制液流的流量和流動方向。在電液比例方向控制閥中，與輸入電信號成比例的輸出量是閥芯的位移或輸出流量，并且該輸出量隨著輸入電信號的正負(fù)變化而改變運動方向。由此看來，在靜態(tài)液壓萬能試驗機(jī)中，采用抗污染能力極強(qiáng)的電液比例閥作控制元件，配合微機(jī)精密控制系統(tǒng)可使設(shè)備實現(xiàn)長期無故障運行，同時采用微機(jī)數(shù)字閉環(huán)控制使設(shè)備穩(wěn)定性有更大提高，使該機(jī)具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、動態(tài)響應(yīng)塊等優(yōu)點，其技術(shù)指標(biāo)和性能達(dá)到現(xiàn)代國際先進(jìn)技術(shù)水平。西德申克公司的UPM液壓萬能試驗機(jī)是由速度控制器控制力矩電機(jī)而帶動壓力控制閥施加負(fù)荷，并具有速度電流反饋，是一種傳統(tǒng)的控制方式。電液伺服閥的優(yōu)點是靜動態(tài)性能良好，分辨率高、滯環(huán)小、線性度高、工作范圍廣。國內(nèi)外電子液壓萬能試驗機(jī)，改變了以前老式試驗機(jī)用開關(guān)送油閥手柄來調(diào)節(jié)被控量的方法，近年來發(fā)展了三種不同控制方式:一種是電液伺服閥控制，一種是采用具有速度控制器的壓力閥控制，第三種是寬流量范圍的比例閥控制。，以免損壞輸出電路。5. 接地線應(yīng)盡量粗，一般應(yīng)大于φ3。3. 應(yīng)保證編碼器軸與用戶輸出軸的不同軸度，與軸線的偏角。1. 編碼器軸與用戶端輸出軸之間采用彈性軟管連接，以避免因用戶軸的串動、跳動而造成編碼器軸系和碼盤的損壞。適合角度、位置、回轉(zhuǎn)數(shù)，速度、加速度、距離探測以及多種輸出方式等優(yōu)點。軸的轉(zhuǎn)動慣性很小。它是一種軸型編碼器，其直徑中為40mm，分辨率為50OP/r，采用NPN集電極開路輸出，其負(fù)載電壓最大3OV，負(fù)載電流最大3OmA，其軸規(guī)格為標(biāo)準(zhǔn)軸中6mm，輸出相為A相、B相、Z相，響應(yīng)頻率為10OKHz，連接方式為配線連接如圖3一9所示。選型不對，旋轉(zhuǎn)編碼器和檢測信號單元則無法配合工作。卸載時，上鉗口下移，編碼器反向旋轉(zhuǎn)，還要有對零點(基準(zhǔn)點)，所以需選擇A、B、Z三相增量式光電編碼器。如前所述:在角度、位移測量和角速度測量場合，增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器較絕對式光電編碼器在成本和簡易程度上有很大優(yōu)勢。長期運轉(zhuǎn)會因誤碼出現(xiàn)累積誤差，需要提供校正措施。其優(yōu)點是價格適中，性能價格比好，精度較高，旋轉(zhuǎn)圈數(shù)不限，線路簡單。其特點是價格低廉，脈沖接收技術(shù)簡單，精度較高。應(yīng)兼顧編碼器的造價、抗沖擊性和低的頻率響應(yīng)，一般可考慮增設(shè)1級增減速機(jī)構(gòu)。如旋轉(zhuǎn)編碼器每轉(zhuǎn)1圈發(fā)出500個脈沖對應(yīng)50Omm的距離，則其檢測精度為1mm。(3)精度精度是編碼器的一個重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個試驗機(jī)測試系統(tǒng)精度的一個重要環(huán)節(jié)。這樣輸出信號就不能準(zhǔn)確反映軸的位置信息。當(dāng)編碼器高速旋轉(zhuǎn)時，如果其分辨率很高，那么編碼器輸出的信號頻率將會很高。如果對光電轉(zhuǎn)換信號進(jìn)行邏輯處理，可以得到2倍頻或4倍頻的脈沖信號，從而進(jìn)一步提高編碼器的分辨率，此時(設(shè)若4倍頻)的轉(zhuǎn)角分辨率為: 。按試驗機(jī)測試精度要求，選光電編碼器的分辨率選為50Op/r，即編碼器每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生500個脈沖。(l)分辨率光電編碼器的分辨率是以編碼器軸轉(zhuǎn)動一周所產(chǎn)生的輸出信號基本周期數(shù)來表示的，即脈沖數(shù)/轉(zhuǎn)(P/r)。其缺點是制造工藝復(fù)雜，不易實現(xiàn)小型化153]，且分辨率是由二進(jìn)制的位數(shù)來決定的，也就是說精度取決于位數(shù)，目前有10位、14位、16位等多種。沒有累積誤差。編碼的設(shè)計可采用二進(jìn)制碼、循環(huán)碼、二進(jìn)制補(bǔ)碼等。絕對式光電編碼器是利用自然二進(jìn)制或循環(huán)二進(jìn)制(格雷碼)方式進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的。這種編碼器的特點是不要計數(shù)器，在轉(zhuǎn)軸的任意位置都可讀出一個固定的與位置相對應(yīng)的數(shù)字碼。絕對式光電編碼器是直接輸出數(shù)字量的傳感器，在它的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼道，每條道上由透光和不透光的扇形區(qū)相間組成，相鄰碼道的扇區(qū)數(shù)目是雙倍關(guān)系，碼盤上的碼道數(shù)就是它的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)，在碼盤的一側(cè)是光源，另一側(cè)對應(yīng)每一碼道有一光敏元件?？垢蓴_能力較強(qiáng):信號傳輸距離較長:可靠性。機(jī)械平均壽命長，可達(dá)到幾萬小時以上。當(dāng)碼盤隨著被測轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，檢測光柵不動，光線透過碼盤和檢測光柵上的透光縫隙照射到光電檢測器件上，光電檢測器件就輸出兩組相位相差900角的近似于正弦波的電信號，電信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路的信號處理，可以得到被測軸的轉(zhuǎn)角或速度息。檢測光柵上刻有A、B兩組與碼盤相對應(yīng)的透光縫隙，用以通過或阻擋光源和光電檢測器件之間的光線。增量式光電編碼器主要由光源、碼盤、檢測光柵、光電檢測器件和轉(zhuǎn)換電路組成。同時還有用作參考零位的Z相標(biāo)志(基準(zhǔn))脈沖信號，碼盤每旋轉(zhuǎn)一周，只發(fā)出一個標(biāo)志信號。它能夠產(chǎn)生與位移增量等值的脈沖信號，其作用是提供一種對連續(xù)位移量離散化或增量化以及位移變化(速度)的傳感方法，它是相對于某個基準(zhǔn)點的相對位置增量，不能夠直接檢測出軸的絕對位置信息。旋轉(zhuǎn)式光電編碼器容易做成全封閉型式，易于實現(xiàn)小型化，傳感長度較長，具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，因而在實際工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。由于直線式運動可以借助機(jī)械連接轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)式運動，反之亦然。光電編碼器常見的輸出類型有:單相輸出、正交AB相增量脈沖輸出、絕對值格雷碼輸出等?；旌鲜焦怆娋幋a器，它輸出兩組信息:一組信息用于檢測磁極位置，帶有絕對信息功能。增量式光電編碼器每轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生一系列脈沖，脈沖的多少表示角位移的大小，此類編碼器掉電后必須重新調(diào)零再使用。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差900的兩路脈沖信號。由于光電碼盤與電動機(jī)同軸，電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時，光柵盤與電動機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若千脈沖信號，其原理示意圖如圖3一7所示。典型的光電編碼器由光柵碼盤(Disk)、檢測光柵(Mask)、光電轉(zhuǎn)換電路(包括光源、光敏器件、信號轉(zhuǎn)換電路)、機(jī)械部件等組成。光電編碼器是一種集光、機(jī)、電一體的，能通過光電轉(zhuǎn)換，將輸出軸上的機(jī)械、幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的數(shù)字式傳感器，其典型應(yīng)用就是位移測量和角速度測量。較為先進(jìn)的電子萬能試驗機(jī)一般選用光電編碼器做為位移傳感器。位移傳感器用于測定試件拉伸全過程的位移。YYU型引伸計的主要性能指標(biāo)如表3一3所示:表33 YYU型引伸計性能指標(biāo)標(biāo)距（mm）量程（mm）靈敏度（mV/V）應(yīng)變示值誤差級別5010金屬拉伸試驗方法標(biāo)準(zhǔn)中，加載時除了有應(yīng)力速率的規(guī)定，還有應(yīng)變速度和位移速度的要求。一般國內(nèi)采用引伸計連桿傳遞出來的方法。目前使用的材料試驗機(jī)力傳感器發(fā)展較快，能夠滿足工業(yè)發(fā)展需要，而引伸計的性能要求因力學(xué)性能指標(biāo)而異，有些要求高精度，有些則要求大量程。(2)薄膜、薄片等機(jī)械式引伸計無法夾持的材料，建議采用激光引伸計。在試驗機(jī)測控系統(tǒng)中，用戶可以根據(jù)試樣的形狀和尺寸、試驗方法與變形測量的準(zhǔn)確度和要求來選擇和試驗機(jī)匹配的引伸計。Le為引伸計的標(biāo)距，測量變形時，先將引伸計刀刃與試樣接觸，再用固定裝置固定在試樣上(如圖3一6b)，刀刃與試樣接觸而感受變形△Le，通過變形傳遞桿(變形傳遞桿為剛性臂。事實上，一些相關(guān)測試軟件就是把一個引伸計分成大、小幾個變形測量范圍，經(jīng)標(biāo)定后當(dāng)成幾個不同規(guī)格引伸計來使用的。為了提高測量精度，就應(yīng)選取較小(例如2%)變形測量范圍的引伸計。由此可看出常用的引伸計標(biāo)距有 25mm、50mm、80mm、100mm、20Omm這幾種，其中50mm標(biāo)距的引伸計使用最為廣泛。引伸計的標(biāo)距一般由試樣的標(biāo)距確定。同時，在進(jìn)行彈性模量E的測定時，在彈性范圍內(nèi)的軸向變形的數(shù)據(jù)也需要由引伸計精確測得。相對于測量大位移、大變形的位移傳感器來說，引伸計主要用途是用來測量小變形的數(shù)據(jù)，要求精確高。CYB一205系列產(chǎn)品中的電子電路將電橋輸出的信號放大，并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電壓(1~5V)或電流信號(4~2OmA)。由于該不平衡電壓大小與膜片兩邊的壓力差成正比，從而可測出膜片所受的壓力差值[46]。如果測壓差，則與被測系統(tǒng)的低壓端相連通。膜片的一側(cè)是和被測系統(tǒng)相連接的高壓腔，另一側(cè)是低壓腔。如圖3一5所示。同時選擇具有A/D轉(zhuǎn)換芯片位數(shù)高的數(shù)據(jù)采集卡，以提高分辨率。試驗時，當(dāng)活塞與油缸間的摩擦力較大時測力誤差比較大。傳感器輸出電路采用單片功能模塊電路，如U/I、U/F變換電路，可將傳感器輸出的毫伏信號直接變換為4~2OmA、1~SV的標(biāo)準(zhǔn)信號，便于進(jìn)行遠(yuǎn)傳或給計算機(jī)、過程控制儀表處理數(shù)據(jù)。CYB一205系列壓力變送器使用CYB一 105壓力傳感器為敏感元件，應(yīng)用先進(jìn)的離子束濺射和離子束刻蝕工藝，將應(yīng)變電橋直接作用在金屬測壓膜片上，由于不用傳統(tǒng)的膠粘工藝，顯著改善了應(yīng)變片式傳感器的長期穩(wěn)定性及抗蠕變特性。該變送器包括了進(jìn)行壓力檢測的金屬測壓膜以及電橋檢測電路、信號放大電路和標(biāo)準(zhǔn)電流輸出電路。試驗機(jī)用壓力變送器用于測定加在試件上的載荷力值的，考慮到安裝條件、測試精度、工作壓力和防腐蝕性的要求，本文采用CYB一205試驗機(jī)專用壓力變送器，如圖3一4所示。壓力變送器也稱差壓變送器，主要由測壓元件傳感器、模塊電路、顯示表頭、表殼和過程連接件等組成。另外，試驗機(jī)在工作時，油溫會升高，因此，壓力傳感器應(yīng)在一定溫度范圍內(nèi)能穩(wěn)定、正常定工作。在測力系統(tǒng)中根據(jù)試驗載荷最大值來選擇不同量程的壓力傳感器。%，%。所以，我們在確定各環(huán)節(jié)參數(shù)指標(biāo)時，主要考慮其變化系統(tǒng)誤差(即系統(tǒng)不確定度)和隨機(jī)誤差，如:溫度零漂、滯后誤差等。這部分的設(shè)計任務(wù)就是根據(jù)試驗機(jī)系統(tǒng)規(guī)定的參數(shù)指標(biāo)要求，選擇和確定系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)。另一路要由系統(tǒng)實時采集以配合實現(xiàn)實時控制。系統(tǒng)工作時，采集的應(yīng)力應(yīng)變信號均屬于瞬態(tài)變化信號(試樣拉伸過程中，一般來說在彈性段，強(qiáng)化段和頸縮段，采樣頻率只要在16~20次/秒基本上就可以滿足要求了，而在屈服段采樣頻率需要達(dá)到50~60次/秒才能較好地體現(xiàn)金屬的屈性)，要求系統(tǒng)的實時性要強(qiáng)。這樣一來便可以讓輔助線程停下來，專門等待傳到串口中的數(shù)據(jù)，一旦收到數(shù)據(jù)就立即繼續(xù)執(zhí)行，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。即在程序啟動后，人為的再創(chuàng)建一個線程(稱之為輔助線程)，這樣包括系統(tǒng)創(chuàng)建進(jìn)程時創(chuàng)建的線程就有兩個線程了。普通的應(yīng)用程序只有這一個線程，消息循環(huán)依賴于它，所以它絕不應(yīng)該在消息循環(huán)之外停下來等待某一事件發(fā)生。要解決這一問題可以采用多線程程序設(shè)計技術(shù)。對于每一個擁有窗口用戶界面的應(yīng)用程序，Windows都要求它有一個消息循環(huán)來處理各種消息(如鍵盤按鍵、鼠標(biāo)移動、窗口繪制等)，一旦消息循環(huán)中止，該應(yīng)用程序的窗口將不再響應(yīng)任何消息，從用戶的角度來看，這個窗口就意味著已經(jīng)停止響應(yīng)，是個“死”窗口。利用計數(shù)值和時鐘頻率就可以實現(xiàn)計時功能，計時精度為計算機(jī)內(nèi)部時鐘周期。如果應(yīng)用環(huán)境要求實時處理的延遲低于55ms，或在55ms內(nèi)所接收到的數(shù)據(jù)大于WindowS串口緩沖區(qū)的大小則不能使用這個實時通信方法。另外，Windows對實時器的最小時間值有個限制，就是最小時間值為55ms，如果定時器被賦予比這個時間值更小的值，系統(tǒng)都認(rèn)為是55ms。如果應(yīng)用環(huán)境對實時性要求不高、