一、引言
  300kN壓力試驗(yàn)機(jī)主要用于水泥膠砂抗壓強(qiáng)度的測(cè)量，是水泥生產(chǎn)企業(yè)和建工建材質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測(cè)部門必備的計(jì)量設(shè)備。在水泥膠砂抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)中，加荷速率是影響測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確與否的主要因素。新頒布的水泥抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)( GB/T17671 - 1999)和電液式水泥壓力試驗(yàn)機(jī)技術(shù)條件(JB/T8763 - 1998)明確規(guī)定，試驗(yàn)機(jī)必須具備恒速率加荷功能，加荷速率控制在(2.4±0.2)kN/s范圍內(nèi)。針對(duì)我國(guó)壓力試驗(yàn)機(jī)行業(yè)的具體特點(diǎn)和新標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，我們研制了微機(jī)控制300kN壓力試驗(yàn)機(jī)控制及測(cè)量系統(tǒng)，不僅適用于新型壓力試驗(yàn)機(jī)的生產(chǎn)，還適用于老式壓力試驗(yàn)機(jī)的改造。
    二、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    壓力試驗(yàn)機(jī)是一種典型的機(jī)電液一體化產(chǎn)品，電液控制及測(cè)量系統(tǒng)是壓力試驗(yàn)機(jī)的核心，對(duì)整機(jī)性能起著關(guān)鍵作用。系統(tǒng)的液壓原理如圖l所示。系統(tǒng)采用單作用式液壓缸，溢流閥起過載保護(hù)作用。數(shù)字式微小流量閥由一只節(jié)流閥和一只等差減壓閥組成，作為系統(tǒng)的控制元件，通過調(diào)節(jié)閥的輸出流量來控制系統(tǒng)壓力，該閥利用步進(jìn)電機(jī)為電——機(jī)械轉(zhuǎn)換元件，直接采用數(shù)字方式控制。微小流量閥工作原理如圖2所示。考慮到徑向力平衡關(guān)系，設(shè)計(jì)中采用了對(duì)稱開口結(jié)構(gòu)，在閥蒼上開有一對(duì)與油泵相通的P口和一對(duì)與油箱相通的T口，在閥套上開有一對(duì)與油缸相通的三角形A口。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)從零位順時(shí)針進(jìn)給時(shí)，P-A導(dǎo)通，系統(tǒng)加載；當(dāng)步進(jìn)電機(jī)從零位逆時(shí)針進(jìn)給時(shí)，A-T導(dǎo)通，油缸卸載，泵出口流量通過等差減壓閥回油箱。
    三、測(cè)控系統(tǒng)構(gòu)成
    恒加荷壓力試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)原理如圖3所示。液壓缸負(fù)載腔的壓力（或試塊承受的壓力）信號(hào)通過壓力傳感器（或力傳感器）轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，放大后由A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并通過RS232送人計(jì)算機(jī)，經(jīng)過PID控制器運(yùn)算后得到閥的開口過流面積增量，并將該值通過RS232送到控制器控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，帶動(dòng)閥芯改變閥的開口過流面積，通過調(diào)節(jié)閥的輸出流量，控制試驗(yàn)機(jī)按給定的速率均勻加荷，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)閉環(huán)控制。
2．抗壓強(qiáng)度測(cè)量
在閉環(huán)恒加荷控制中，系統(tǒng)采用梯度法實(shí)時(shí)對(duì)試塊進(jìn)行破型判斷，試塊破型后系統(tǒng)自動(dòng)卸荷，并按標(biāo)準(zhǔn)要求自動(dòng)計(jì)算測(cè)量數(shù)據(jù)，保存測(cè)量結(jié)果。
    3．精度標(biāo)定及檢測(cè)
    傳感器通過標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀來標(biāo)定，擬合的方法，在全量程的任何一點(diǎn)上，使傳感器的輸出和“標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀”的輸出相吻合，并使其誤差控制在國(guó)標(biāo)規(guī)定的范圍內(nèi)，這部分工作在軟件中完成，采用的方法是一般的插值法。標(biāo)定數(shù)據(jù)以文件形式保存，用插值法建立傳感器輸出信號(hào)和試驗(yàn)機(jī)輸出力的映射關(guān)系，保證試驗(yàn)機(jī)的測(cè)試精度。
    試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)模塊用于計(jì)量部門檢測(cè)試驗(yàn)機(jī)精度，它改變了傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，檢測(cè)時(shí)試驗(yàn)機(jī)以0.3kN/s勻速加荷，通過人機(jī)交換方式檢測(cè)設(shè)定點(diǎn)的精度，設(shè)定點(diǎn)可以任意選擇。
    4．?dāng)?shù)據(jù)管理
    試驗(yàn)結(jié)果保存在數(shù)據(jù)庫中，軟件設(shè)計(jì)了多種查詢方式和報(bào)表打印功能，為了保證數(shù)據(jù)真實(shí)性，消除人為影響，數(shù)據(jù)庫加裝了密碼鎖，用戶無法修改數(shù)據(jù)。軟件還設(shè)計(jì)了網(wǎng)絡(luò)功能，可遠(yuǎn)程發(fā)送數(shù)據(jù)。
    系統(tǒng)軟件采用VC++6.0編寫，人機(jī)界面友好，操作簡(jiǎn)潔、方便。
    五、系統(tǒng)性能特點(diǎn)
    1．利用現(xiàn)代控制和測(cè)量技術(shù)，提高了壓力試驗(yàn)機(jī)控制和測(cè)量精度，試驗(yàn)結(jié)果由計(jì)算機(jī)保存，消除了人為因素的影響。
    2．系統(tǒng)為負(fù)載適應(yīng)型液壓系統(tǒng)，具有節(jié)能、抗污染能力強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)。
    3．采用數(shù)字式微小流量閥，能夠從零工作壓力開始加載。該閥利用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用步進(jìn)電機(jī)細(xì)分控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字方式控制，抗干擾能力強(qiáng)，無滯環(huán)，提高了控制精度。
    4．利用該系統(tǒng)進(jìn)行傳統(tǒng)壓力試驗(yàn)機(jī)的改造，可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)／自動(dòng)兩種功能，增加了系統(tǒng)的容錯(cuò)性，提高了系統(tǒng)的可靠性。
    六、試驗(yàn)結(jié)果
    試驗(yàn)按照GB/T17671 - 1999要求進(jìn)行，加荷速率v= 2.4kN/s，要求速率誤差<±0.2kN/s，載荷輸出精度< ±1%�◎�(yàn)工作臺(tái)架為無錫建材儀器機(jī)械廠生產(chǎn)的NYL---300型壓力試驗(yàn)機(jī)，泵額定壓力P= 31.5MPa，額定流量Q=1.25L/min。  

  七、結(jié)論
  微機(jī)控制300kN恒加荷壓力試驗(yàn)機(jī)控制及測(cè)量系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制性能好、測(cè)量精度高、可靠性好、抗污染能力強(qiáng)等特點(diǎn)，其性能指標(biāo)完全滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求，到目前為止，已有1500多套該產(chǎn)品在全國(guó)各地使用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。(http://www.51yaliji.com)