基于Delphi的小冲杆试验机数据采集系统的开发

    1　引　言

    小冲杆试验(small punch test简称SPT)是一种新的材料试验方法,试验原理见图1,它利用冲杆以一定速度冲压被夹持的试样薄片,并记录试样薄片从变形到失效整个过程中的加载载荷和试样中心弯曲变形挠度位移数据,生成图2的载荷-位移曲线,并将该曲线上已知信息转化为试样材料的强度、塑性和韧性性能数据。目前已经得出了材料屈服强度σs和抗拉强度σb和图2中Py和Pmax之间的线性经验关系式[1]。

   小冲杆试验所需试样尺寸极小(试样直径或边长在3~10mm,厚度在0.1~0.5mm范围内),也正是这一优势,使小冲杆试验可以广泛地应用到一些常规试样难以取得或试样材料成本高、量少的场合,甚至可以直接从在役设备上取少量试样进行寿命和安全评估分析。因此作为一种基于“无损取样”概念的新型试验方法,其优势及应用前景是相当大的。采用PC机作为上位机对采集数据进行分析处理,是实现小型实时数据采集与分析系统的有效方法。作者通过Delphi结合小冲杆试验机特点及介绍的位移测量方法开发出一套小冲杆试验机数据采集系统。

   2　试样夹持及测量结构设计

   小冲杆试验机的加载机构和常规的材料试验机完全相同,只是在试样夹持和测量方法上不同,需要进行设计和改造。试验时,圆片试样(10mm×0·5mm,冲头钢珠为2.5mm)被上下夹具夹持,用螺钉紧固。载荷传感器和液压缸推杆相连接可测量加载压力,而试样中心挠度位移测量由于夹头和试样尺寸的限制,很难直接接触测量,因此在位移测量设计时采用了间接测量的方法。如图3所示,在载荷传感器下方的冲砧接触到小冲杆前,挡板已经先接触到位移传感器的测量端部,随着加载机构继续往下运动,位移传感器已经感应到一定的位移值,一旦载荷传感器感应到有载荷时(空载时载荷传感器输出为零),说明下面的冲砧已接触到小冲杆了,试验开始加载。所以可以在数据采集程序中设定此时位移传感器的位移值为初始位移,真正的变形位移实际上是位移传感器测量值和该初始位移的差值,正是这一间接测量方法的应用,不仅使得夹具在结构上更为紧凑,而且也大大方便了试样安装夹持以及试验完成后的试样碎片清理等操作。

   3　数据采集系统组成

    数据采集系统由计算机(Win2000操作系统)、数据采集卡(PC-6330D A/D转换卡)、载荷传感器和位移传感器等组成(图4)。采用的PC-6330D模入接口卡适用于据有ISA总线的PC系列微机,并提供了标准的数据采集驱动程序(标准动态链接库DLL文件),可以很方便地在应用程序中调用[2]。

   载荷传感器和位移传感器采用的是上海天沐自动化仪表有限公司的NS-WL1拉力传感器(量程0~5 000N,精度0.1%)和NSWDC(量程0~10mm,精度0.1%)位移传感器。电源输入要求±12V,输出0~10V,线性度误差0.1%,传感器电源输入可使用数据采集卡输出的±12V电源。