趙曉龍

噸位負荷計是機械壓力機顯示沖壓噸位的唯一指示設(shè)備，在生產(chǎn)過程中起著非常重要的作用。下面介紹一種標定負荷計的方法及氣液式帶電控聯(lián)鎖過載保護裝置的設(shè)定方法。

1 工作原理

本動態(tài)測試系統(tǒng)的一次儀表為壓力傳感器，二次儀表為Liberty數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器直接與計算機相連（見圖1）。

圖1 動態(tài)測試系統(tǒng)組成

1.1 橋式電路

本文采用等臂直流電橋，8個應(yīng)變片的分布在中間位置對稱的四個方向（見圖2、圖3）[1]。

因為選用的電橋為橋臂電阻R1+R3=R2+R4=R6+R8=R5+R7=2R的等臂電橋。在電橋的一個對角線ab接入電源電壓Uab，再由另外一個對角線cd輸出不平衡電壓Ucd。因此將ab兩端稱為電源端，cd兩端稱為測量端。當四個橋臂電阻滿足條件：）時，cd兩端電位相等，Ucd=0，電橋平衡。而當其中一個電阻發(fā)生改變時，平衡條件就被破壞，c、d之間將出現(xiàn)電位差Ucd。因此，Ucd的大小可以用來度量橋臂電阻的改變，并進一步計算出橋臂應(yīng)變的大小。

圖2 傳感器應(yīng)變片分布圖

圖3 線路連接圖

式中，Uab—電波電壓（mV）；Ucd—輸出不平衡電壓 （mV）；R1、R2…R8—電阻 （Ω）。

設(shè)Ri=R+ΔRi，并且每個橋臂上的兩個應(yīng)變片變化量相等，帶入上式，一般情況下，由于ΔR很小，即R?ΔR，略去上式中的高階微量，并利用再由 ε2=ε6=ε，ε1=ε5=-με 得到：

上式表明：

（1） 當R>>ΔRi時，輸出電壓Ucd與應(yīng)變成線性關(guān)系；

（2）若相鄰兩橋臂的應(yīng)變極性一致，即同為拉應(yīng)變或壓應(yīng)變時，輸出電壓為兩者之差；若相鄰兩橋臂的極性不同，即一為拉應(yīng)變，另一為壓應(yīng)變，到輸出電壓為兩者之和；

（3）若相對兩橋臂應(yīng)變的極性一致，輸出電壓為兩者之和；相對橋臂應(yīng)變的極性不同時，輸出電壓為兩者之差[1,2]。

1.2 測試電路的優(yōu)點

測試電路的溫度自補償 本測量線路采用全橋溫度自補償?shù)姆椒?，每個應(yīng)變片包含一個軸向電阻柵，一個橫向電阻柵，軸向電阻柵感受軸向應(yīng)變；橫向電阻柵上不感受軸向應(yīng)變。因此，當八個應(yīng)變片同時處于一個溫度場中，由溫度變化引起的橋臂應(yīng)變電阻變化對測試數(shù)據(jù)的影響可以相互抵消，從而起到溫度補償?shù)淖饔肹3,4]。

消除彎曲應(yīng)力 假設(shè)傳感器向A點方向產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象，則R1受到壓縮，電阻減小ΔR，同時R3會受到拉伸，電阻增加ΔR，所以橋臂R=R1-ΔR+R3+ΔR，電阻值沒有發(fā)生變化，從而達到消除彎曲應(yīng)力的目的。由于傳感器在4個方向的應(yīng)變片為對稱分布，所以在向其它方向彎曲時，也可以達到同樣的效果。

提高信噪比 由于采用全橋測量線路，每個橋臂用兩個電阻片串聯(lián)，使整個電橋的輸入電阻提高1倍，在數(shù)據(jù)采集器過載保護電流一定的情況下，可以提高1倍的激勵電壓Uab，從而將得到的數(shù)據(jù)信號增大1倍，而雜波干擾信號沒有增大，經(jīng)儀器濾波放大后，信噪比提高1倍。

1.3 干擾源及抑制措施

（1） 干擾源分析

電磁干擾 應(yīng)變片的信號在通過測量導線輸入應(yīng)變儀時的數(shù)值非常微小，電橋輸出電壓通常為毫伏級，有時甚至只有若干微伏。因此當外界電磁場發(fā)生變化時，就會受到電磁干擾。

靜電干擾 當應(yīng)變片的測量導線和干擾源之間存在漏電容C時，就可能在測量導線中產(chǎn)生靜電干擾。

地電壓、地電流的干擾 由于本系統(tǒng)采用的Liberty數(shù)據(jù)采集器為交流式電源，為保證操作人員安全，儀器外殼要接通大地。但在某些工廠里，相隔幾米的地電位差會高達幾伏；某些地區(qū)的地電位還會發(fā)生波動。此外在測試現(xiàn)場，如果發(fā)生雷電、電力線開閉、電源事故、負載變化時還會產(chǎn)生地電流[1,5]。

（2） 抑制干擾措施

首先，應(yīng)將測量導線扭絞扎成麻花辨狀，以減少干擾磁通的耦合面結(jié)，并使每一絞的感應(yīng)電流與下一絞的感應(yīng)電流相反以相互抵消。此外，在扭絞線外面采用金屬屏蔽套以防止靜電干擾。在此基礎(chǔ)上，盡可能縮短測量導線長度，增大測量導線與干擾源距離，或改變測量導線方向，使其與電力線垂直布置以減小電磁干擾和靜電干擾。采用電源供電時信號電路必須一點接地，如采用電池供電，則將屏蔽套接儀器外殼但不接地以抑制地電壓、地電流干擾。

2 負荷計標定

（1）工具準備及布置

壓力機加載所需工具包括：Liberty數(shù)據(jù)采集器，拉壓力傳感器，加載架，隔板墊鐵4件，鋁板每臺4件，調(diào)整墊片。

在加載臺上面依次擺放大片薄鐵板、加載架、拉壓力傳感器、墊鐵、調(diào)整墊片及保護鋁板。4個傳感器分別對應(yīng)負荷計的4個通道，同時防止偏載（見圖4）。

（2） 初始設(shè)置

打開負荷計調(diào)節(jié)開關(guān)，先調(diào)零點，設(shè)置負荷計初始增益，初始值設(shè)置成50，使負荷計顯示數(shù)值和Liberty數(shù)據(jù)采集器所顯示數(shù)值相近。外部凸輪信號設(shè)置為 90°～210°。

圖4 傳感器位置圖

（3） 加載順序

緩慢向下調(diào)節(jié)滑塊的封閉高度，在滑塊到達下死點，傳感器剛有數(shù)據(jù)顯示后通過調(diào)整墊片進行初步調(diào)平。然后緩慢加載，先每一次向下調(diào)節(jié)1 mm，在總噸位100～200 t時，再次精確調(diào)平，確保4點受力均勻。繼續(xù)加載至滿負荷70%～90%，精確調(diào)節(jié)負荷計增益，使負荷計顯示數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)采集器顯示數(shù)據(jù)相對應(yīng)。繼續(xù)加載，當達到滿負荷110%時候停止。

3 過載保護系統(tǒng)設(shè)定

液壓保護系統(tǒng)原理是指隨著壓力機沖壓壓力不斷升高，液壓缸內(nèi)的油壓也隨之升高，當油壓產(chǎn)生的壓力大于調(diào)節(jié)風壓產(chǎn)生的壓力時，保護閥中的活塞及保護閥上面的頂針開始動作，缸內(nèi)油壓降低，同時上面的限位開關(guān)發(fā)出停車信號，通過電氣控制壓力機停車。液壓保護系統(tǒng)是通過調(diào)節(jié)托起保護閥頂針的風壓設(shè)定缸內(nèi)油壓能夠達到的最大壓強，從而達到保護壓力機的目的（見圖5）。

圖5 氣液壓保護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

在過負荷試驗中，當壓力機壓力達到滿負荷時的100%，缸內(nèi)油壓將達到最大值，此時，慢慢向下調(diào)節(jié)托起保護閥頂針的風壓，使壓力機過載停車，然后向上微調(diào)壓下量，使沖壓壓力稍微降低，如壓機仍能正常工作，則再往下調(diào)節(jié)壓下量，如壓機停車，說明風壓已調(diào)節(jié)合適，擰緊備緊螺母，過載保護閥設(shè)置完畢。

4 標定效果

通過對某2000 t壓力機負荷計的標定數(shù)據(jù)統(tǒng)計可知，在大噸位沖壓下，各傳感器和壓下量有很好的線性關(guān)系，能夠滿足標定負荷計所需要的精度和線性度。在總壓下量為10．37 mm時，壓力機達到滿負荷時的108%，滿足100%～110%的設(shè)計要求。當保護氣壓設(shè)置為0．36 MPa時，能使壓力機在達到滿負荷后過載停車（見表1）。

表1 標定過程數(shù)據(jù)表

5 結(jié)語

本方案采用筆記本電腦和Liberty數(shù)據(jù)采集器代替光線示波器，測量精確度更高，現(xiàn)場測試和數(shù)據(jù)處理方便。

[1]吳宗岱陶寶祺．應(yīng)變電測原理及技術(shù) [M]．國防工業(yè)出版社．1982,121～128．

[2]蘆晶．葉根加載裝置載荷精度的實驗研究 [J]．一重技術(shù)．2008年4期．

[3]沙占友．集成化智能傳感器原理與應(yīng)用 [M]．北京:電子工業(yè)出版社．2004－01．

[4]吳仲城,戈瑜,虞承端,方廷建．傳感器的發(fā)展方向——網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器 [J]．電子技術(shù)應(yīng)用,2001,(2)．

[5]焦續(xù)偉．工程測試過程中抑制干擾的幾種方法 [J]．一重技術(shù)．2008年4期．