摘 要：根據(jù)力傳感器的檢定工作原理，設(shè)計(jì)出一個(gè)自動檢定系統(tǒng)。該系統(tǒng)運(yùn)用虛擬儀器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對靜重式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的自動控制、自動采集檢定數(shù)據(jù)、自動對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算并生成檢定記錄等功能。該系統(tǒng)能夠提高效率檢定工作的效率、降低人員的工作強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：力傳感器；虛擬儀器；力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)；檢定

引言

力傳感器是一種將力值轉(zhuǎn)換成電信號的傳感器，它測量用于測量金屬材料的力學(xué)性能的試驗(yàn)機(jī)，所以它對工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研發(fā)來說很重要。在長期的工作中，力傳感器的力學(xué)特性受環(huán)境的影響發(fā)生變化，所以需要對力傳感器的力學(xué)性能進(jìn)行檢定。在以往的檢定工作中，檢定人員一般都是手動檢定、人工讀取和計(jì)算檢定數(shù)據(jù)。為了提高檢定工作的效率和準(zhǔn)確率，減少人為因素帶來的誤差。可以采用虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)出一個(gè)力傳感器的檢定系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的自動控制、檢定數(shù)據(jù)的自動采集、處理和儲存等功能。

1 檢定系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

靜重式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)：靜重式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)是一種精度最高的力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)[1]。理論上，通過這個(gè)砝碼產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)力就可以對傳感器進(jìn)行測試和檢定[2]。本此設(shè)計(jì)用到的靜重式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的規(guī)格為（0～100）kN，準(zhǔn)確度等級為0.01級。

工控機(jī)：通過工控機(jī)上的LabVIEW軟件來驅(qū)動各部分硬件，從而實(shí)現(xiàn)檢定系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、處理、顯示和砝碼控制等功能。

PLC：本次設(shè)計(jì)采用三菱的FX3u系列PLC，可利用RS-232協(xié)議實(shí)現(xiàn)與工控機(jī)軟件部分之間的數(shù)據(jù)通信[3]。PLC為工控機(jī)提供砝碼托盤的位置，并將工控機(jī)的控制信號作用于砝碼托盤電機(jī)，實(shí)現(xiàn)砝碼的加/卸載。

旋轉(zhuǎn)式編碼器：將砝碼托盤上升/下降的位移信號轉(zhuǎn)成電脈沖的數(shù)字信號送入PLC中。

2000標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷測量儀：測量儀表是采用RS-232協(xié)議與力傳感器、工控機(jī)進(jìn)行通訊，將檢定數(shù)據(jù)送入工控機(jī)中。

打印機(jī)：負(fù)責(zé)打印記錄表格和檢定證書。

2 系統(tǒng)的軟件開發(fā)

2.1 系統(tǒng)主程序的設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)的軟件開發(fā)采用的是虛擬儀器的LabVIEW開發(fā)平臺。LabVIEW是一種圖形化的編程語言和開發(fā)環(huán)境[4]。力傳感器檢定系統(tǒng)軟件的主控程序如圖2所示。首先登陸系統(tǒng)，在進(jìn)入工作界面后，保證檢定從零負(fù)荷開始工作。然后設(shè)定檢定項(xiàng)目，檢定項(xiàng)目分為非線性檢定和蠕變檢定[5]，根據(jù)設(shè)定的檢定項(xiàng)目來確定檢定點(diǎn)數(shù)、次數(shù)和砝碼加/載后的等待時(shí)間。設(shè)定完畢后，檢定系統(tǒng)自動進(jìn)行砝碼的加/卸載工作，并對檢定數(shù)據(jù)自動進(jìn)行處理。最后，根據(jù)檢定數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，并生成檢定記錄的表格和證書，將之打印出來，完成檢定工作。

2.2 系統(tǒng)的通訊模塊設(shè)計(jì)

在編寫數(shù)據(jù)通訊模塊時(shí)，首先需要在PLC中編寫程序，此程序?qū)崿F(xiàn)與工控機(jī)的通訊。例如配置通訊格式，還有定義置位PLC中的控制電機(jī)正/反轉(zhuǎn)的中間繼電器的指令。然后在工控機(jī)中編寫相應(yīng)的通訊模塊式，該程序模塊通過LabVIEW平臺中的VISA串口子函數(shù)來實(shí)現(xiàn)通訊功能。設(shè)置數(shù)據(jù)長度為8位、偶校驗(yàn)、停止位1位、波特率9600b/s?！癡ISA讀取”函數(shù)負(fù)責(zé)采集PLC采集到的砝碼托盤位置信號。電機(jī)正/反轉(zhuǎn)的命令通過“VISA寫入”函數(shù)傳到PLC中，完成對砝碼電機(jī)的控制。

2.3 系統(tǒng)的人機(jī)界面設(shè)計(jì)

在顯示數(shù)據(jù)表格的控件上設(shè)置四列，第一列顯示每個(gè)檢定點(diǎn)需要加/卸載砝碼的級數(shù)，剩下三列分別用來顯示完成三次進(jìn)回/程檢定工作的被檢數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)表格旁為砝碼加/卸載的顯示控件，能夠能實(shí)時(shí)地觀察到砝碼的加/卸載工作。

2.4 數(shù)據(jù)處理模塊的設(shè)計(jì)

在工作完成后，可根據(jù)規(guī)程提供的公式，對檢定數(shù)據(jù)計(jì)算出重復(fù)性R、直線度L、滯后H、長期穩(wěn)定性S等技術(shù)指標(biāo)。如果需要蠕變檢定，還要算出蠕變Cp和蠕變恢復(fù)Cr。

3 結(jié)束語

本次設(shè)計(jì)的力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)自動檢定系統(tǒng)在軟硬件方面，通過虛擬儀器技術(shù)實(shí)現(xiàn)工控機(jī)與PLC、2000標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷測量儀的通訊；自動加/卸砝碼；自動采集力傳感器的檢定數(shù)據(jù)；對采集到的檢定數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算和保存，并生成檢定記錄。經(jīng)測試證明，該檢定系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)的力傳感器檢定工作不僅提高了效率，而且保證了檢定結(jié)果的準(zhǔn)確性。另外，該檢定系統(tǒng)稍加改進(jìn)，便可以適用于不同型號/規(guī)格的靜重式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)完成對力傳感器的檢定工作，兼容性較強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)

[1]張智敏，張躍，周宏，等.全自動1MN靜重式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)[J].計(jì)量學(xué)報(bào)，2008，29（1）：65-68.

[2]施昌彥.現(xiàn)代計(jì)量學(xué)概論[M].北京：中國計(jì)量出版社，2003.

[3]張桐，陳國順，王正林.精通LabVIEW程序設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008：224-228.

[4]Johnson G W，Jennings R.LabVIEW graphical programming[M].McGraw-Hill Companies，2001.

[5]趙守忠，夏勇.傳感器技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，1997：59-63.