智能化热膨胀检测系统的开发与应用

　　目前国产用微机控制和测量热膨胀仪的商品还很少,仅有的只能测量膨胀系数,功能比较单一[1, 2]。本文运用智能检测技术,开发了用于测量金属材料的膨胀系数和相变点,不同冷速下材料的冷却曲线以及CCT曲线的热膨胀检测系统。该系统具有精度高,功能完善,成本低,性能稳定的特点。

　　1　系统的组成

　　图1为智能化热膨胀检测系统组成框图。由图1可见,该系统由主体部分(加热炉、石英载物管、位移传感器、冷却系统)、检测系统(位移量及温度检测)、温度控制系统、微型计算机和打印机5部分组成。加热炉在温控系统控制下以一定的速率升温,随后在循环水和喷气冷却系统的共同作用下可获得不同的冷却速度,在这一过程中试样的温度和尺寸变化量由检测系统实时采集并输入计算机,经计算机处理可获得温度2膨胀量变化曲线,通过数据处理可以确定材料的膨胀系数、临界点和CCT曲线。

　　系统硬件部分包括数据检测系统和温度控制系统两部分:①数据检测系统包括试样的温度和膨胀量的检测,并记录采样时间。膨胀量检测采用DA21型高精度直流差动变压器位移传感器,该传感器灵敏度和分辨率高,线性、稳定性和抗干扰性好,其线性度<0·05%;温度的检测采用了镍铬2镍铝(K型)热电偶,系统也支持铂铑2铂(S型)热电偶。膨胀量和温度的检测信号经数据采集电路检测采集后送入计算机进行处理。数据采集电路是系统的核心组成部分,主要由多路模拟开关、测量放大、采样/保持、模/数或数/模转换、控制逻辑与时钟等几个电路组成,用来实现被测参量的检测、采集、处理和存储。②温度控制系统能够按照设定的加热速度对加热炉进行控制。加热炉的温度经热电偶测量后转换成电压信号,经变送器转换,再经多路开关,把检测信号送到采样/保持器和A/D转换器进行模拟/数字信号转换,转换后的数字量经I/O接口读入到CPU,在CPU中经数据处理(数字滤波、标度变换和数字控制计算)后,一方面送到显示屏上显示,并判断是否报警;另一方面与给定值进行比较,然后根据偏差值进行PID控制计算。控制器输出经D/A转换器转换成电流信号,以带动电动执行机构(可控硅)工作,从而达到控温目的。快速冷却是通过开了多个孔的导管,垂直于试样轴线,将氮气吹向试样,气流速率由气体流量计来控制。

　　2　软件设计

　　智能化热膨胀检测系统联机应用软件是用C++Builder和VisualBasic软件开发完成,包括通信模块、数据采集模块、数据处理模块3部分:

　　(1)串口通信模块　温控系统通过串口通信电路,采用MAX232芯片,实现与主机的通信。温度控制采用PID调节器为主控部件,运用VisualBasic语言使微机与控温仪实现串口通信,可对测定的控制参数如温度范围、升温和冷却速率进行设定。利用VisualBasic中的MSComm控件,能提供串口通信的全部功能,程序编写,调试简便,开发速度快,该控件封装了通信过程中的底层操作程序,用户只需设置和监控控件的属性和事件,即可实现异步串口通信功能[3]。