1500MPa超高压国家基准砝码自动加载系统研制

　　一、概述

　　我院超高压国家基准实验室拥有两套自行研制的超高压基准活塞式压力计， 分别为1500MPa和2500MPa可控间隙活塞式压力计，各需加载500kg和1000kg的砝码。 每块砝码50kg左右，手工加载困难。 以往采用手控液压系统进行加载，解除了繁重的体力劳动，但每次加载需要人工精确控制大砝码加载的位置，在测量过程中还需时刻监控大砝码的位置并人为加以调整，操作繁琐、控制难度大，给活塞式压力计的运行带来了一定的不确定性。 由于以上种种原因，目前国际上较高压力的活塞式压力计已试用一些简单的半自动砝码加载装置， 但1000MPa以上压力计目前国内还没有任何单位研制出切实可行的全自动程控化的砝码加载装置。

　　近来，我们在1500MPa压力国家基准上研制成功了程控化的全自动砝码加载系统。该系统采用单片机和微机连接的方式来控制，通过角度编码器对砝码位置测量的手段来控制液压传动系统，实现砝码自动加载。 实践证明， 该自动加载系统完全符合国家基准的使用要求，取得了理想的效果。

　　二、原理(见图1)

　　整个系统通过一个位移-角度转换机构将砝码上下位移转换成角度变化，并采用编码器测量产生一个与砝码位置变化相对应的脉冲输出， 采用MCS51单片机技术，将这个输出脉冲转换成砝码的实际位移量，根据程序要求驱动马达和电磁阀控制砝码的升降，使之到达实际所需的位置。 采用RS232通信技术与基准压力计测控系统连接，就可以在基准压力计上直接控制实际加载的砝码数量。

　　我们将本套装置应用于1500MPa国家基准活塞式压力计，实现了程控全自动砝码加载，系统能够以全自动方式加载砝码至任何一个整百数压力工作点，并具有砝码下坠自动补偿、砝码欠载和过充保护等功能，使压力计的砝码加载操作简便直观、安全可靠。砝码加载系统可分为砝码及液压传动机构、位移测量机构、单片机测控部件和计算机通信与操作软件四部分。

　　1.砝码及液压传动机构

　　砝码及液压传动机构由砝码、吊挂件、连接件、液压活塞以及油泵组成。 砝码共有14块，总质量约为450kg，再 加 上 吊 挂 系 统 及 附 加 砝 码 约 为 500kg， 可 平 衡1500MPa压力。

　　在常态下， 砝码层叠支撑于位于砝码底部的液压活塞顶盘上，这时活塞压力计的测量活塞上的吊挂件与砝码脱开，在工作状态下，油泵带动液压活塞，使液压活塞顶盘跟着液压活塞下降， 活塞顶盘上的砝码也随之下降，当下降达到砝码间隔约6mm时，第一块砝码通过横梁吊挂螺钉加载到压力计的活塞上， 下面的砝码吊挂螺钉和加载砝码的下夹板保持脱开状态，大约有(4～5)mm的间隙，因此保证了压力计的测量活塞有(3～4)mm工作区域。 第二块到最后一块砝码的加载原理也是如此。 在砝码吊挂螺钉上有一个空腔， 用于调整砝码质量。