1500MPa超*壓*基準砝碼自動(dòng)加載系統研制：

*、概述

我*超*壓*基準實(shí)驗室擁有兩套自行研制的超*壓基準活塞式壓力計，分別為1500MPa和2500MPa可控間隙活塞式壓力計,各需加載500kg和1000kg砝碼。每塊砝碼50kg左右，手工加載困難。以往采用手控液壓系統進(jìn)行加載,解除了繁重的體力勞動(dòng),但每次加載需要人工*控制標準砝碼加載的位置,在測量過(guò)程中還需時(shí)刻監控標準砝碼的位置并人為加以調整,操作繁瑣、控制難度大，給活塞式壓力計的運行帶來(lái)了*定的不確定性。由于以上種種原因,目前*上較*壓力的活塞式壓力計已試用*些簡(jiǎn)單的半自動(dòng)砝碼加載裝置，但1000MPa以上壓力計目前*還沒(méi)有任何單位研制出切實(shí)可行的全自動(dòng)程控化的砝碼加載裝置。

近來(lái),我們在1500MPa壓力*基準上研制成功了程控化的全自動(dòng)砝碼加載系統。該系統采用單片機和微機連接的方式來(lái)控制，通過(guò)角度編碼器對砝碼位置測量的手段來(lái)控制液壓傳動(dòng)系統,實(shí)現砝碼自動(dòng)加載。實(shí)踐證明，該自動(dòng)加載系統完全符合*基準的使用要求，取得了理想的效果。

二、原理

整個(gè)系統通過(guò)--個(gè)位移_角度轉換機構將砝碼上下位移轉換成角度變化,并采用編碼器測量產(chǎn)生*個(gè)與砝碼位置變化相對應的脈沖輸出，采用MCS51單片機技術(shù)，將這個(gè)輸出脈沖轉換成砝碼的實(shí)際位移量,根據程序要求驅動(dòng)馬達和電磁閥控制砝碼的升降,使之到達實(shí)際*需的位置。采用RS232通信技術(shù)與基準壓力計測控系統連接,就可以在基準壓力計上直接控制實(shí)際加載的砝碼數量。

我們將本套裝置應用于1500MPa*基準活塞式壓力計,實(shí)現了程控全自動(dòng)砝碼加載,系統能夠以全自動(dòng)方式加載砝碼至任何**個(gè)整百數壓力工作點(diǎn),并具有砝碼下墜自動(dòng)補償、砝碼欠載和過(guò)充保護等功能,使壓力計的砝碼加載操作簡(jiǎn)便直觀(guān)、安全可靠。

砝碼加載系統可分為砝碼及液壓傳動(dòng)機構、位移測量機構、單片機測控部件和計算機通信與操作軟件四部分。

1.砝碼及液壓傳動(dòng)機構

砝碼及液壓傳動(dòng)機構由砝碼、吊掛件連接件、液壓活塞以及油泵組成。砝碼共有14塊，總質(zhì)量約為450kg，再加上吊掛系統及附加砝碼約為500kg，可平衡1500MPa壓力。

在常態(tài)下，砝碼層疊支撐于位于砝碼底部的液壓活塞頂盤(pán)上,這時(shí)活塞壓力計的測量活塞上的吊掛件與砝碼脫開(kāi),在工作狀態(tài)下,油泵帶動(dòng)液壓活塞,使液壓活塞頂盤(pán)跟著(zhù)液壓活塞下降，活塞頂盤(pán)上的砝碼也隨之下降,當下降達到砝碼間隔約6mm時(shí)，*塊砝碼通過(guò)橫梁吊掛螺釘加載到壓力計的活塞上，下面的砝碼吊掛螺釘和加載砝碼的下夾板保持脫開(kāi)狀態(tài)，大約有(4~5)mm的間隙，因此保證了壓力計的測量活塞有(3~4)mm工作區域。*塊到*后*塊砝碼的加載原理也是如此。在砝碼吊掛螺釘上有*個(gè)空腔，用于調整砝碼質(zhì)量。

2.位移測量機構

位移測量機構由角度編碼器和位移-角度傳動(dòng)機構組成，其作用是將砝碼上下位移通過(guò)位移-角度傳動(dòng)機構變成角度編碼器的旋轉角度,然后由角度編碼器根據實(shí)際角度輸出相應的計數脈沖信號。

3.單片機測控部件

單片機測控部件由輸入鍵盤(pán)單元LED顯示單元、*控制單元、數據存儲單元、開(kāi)關(guān)驅動(dòng)單元和RS232通信單元組成,達到整個(gè)加減砝碼過(guò)程可采用多種方式由計算機或操作面板進(jìn)行控制,其操控模式有手動(dòng)控制模式、自動(dòng)控制模式、單塊控制模式和自動(dòng)復位模式,可以自動(dòng)補償由于油缸泄漏引起的砝碼下降并擁有砝碼欠:載和過(guò)沖的測控雙重保護功能。

4.計算機通信與操作軟件(1)計算機通信

單片機和上位工控計算機采用RS232串行通信,波特率為9600,8位數據1位開(kāi)始位、1位停止位，無(wú)奇偶校驗。通信協(xié)議定義了*有操作鍵*具有的操作功能,使上位計算機能操控單片機系統實(shí)現其各項操作功能。

(2)操作軟件

上位計算機操作軟件采用VB編程,具體程序略。通過(guò)系統的通信,在計算機系統上可以執行單片機系統的自動(dòng)加載、單塊加載手動(dòng)加載、復位功能以及當前加載砝碼塊的位置修正，可以顯示砝碼實(shí)際狀態(tài)的圖像(模擬圖像),實(shí)現砝碼下墜實(shí)時(shí)監測和自動(dòng)補償,配:合活塞位置位移測量的輸出數據實(shí)現砝碼欠載保護?；鶞蕢毫τ嬒到y可以實(shí)時(shí)監控加載的砝碼,并可以根據測量的需要對加載砝碼進(jìn)行自動(dòng)調整。

三、主要技術(shù)功能指標1.位置記憶功能

位置存儲點(diǎn)為100MPa、200MPa、....1500MPa等15個(gè)壓力工作點(diǎn),對應加載0~14的大片砝碼,每*個(gè)加載點(diǎn)在標定位置時(shí)都會(huì )將當前的編碼器輸出脈沖數寫(xiě)入單片機的E2ROM中。程序將每*片砝碼的工作位置存儲到數據存儲器，斷電后，數據仍能保持。砝碼位置數據*旦存儲,單片機就*直會(huì )按存儲的數據進(jìn)行工作。

2.開(kāi)機自動(dòng)去除防墜落保護

開(kāi)機時(shí)程序會(huì )讓砝碼升起*點(diǎn)，蜂鳴器提示去除保護墊塊，按確認鍵進(jìn)入100MPa起始位置。

3．全自動(dòng)功能

自動(dòng)加載砝碼進(jìn)入設定工作點(diǎn)，自動(dòng)跟蹤補償因液壓系統泄漏而造成的砝碼位置變化。

4．單塊加載功能

只要按上升或下降鍵即可進(jìn)入上*個(gè)或下*個(gè)工作點(diǎn)，當砝碼位置發(fā)生變化時(shí)，蜂鳴器提示手工按鍵校

準，這樣在測量時(shí)不會(huì )由于砝碼位置補償動(dòng)作而影響測量結果。

5．手動(dòng)功能

砝碼加載完全由上升和下降鍵控制，程序只顯示砝碼的實(shí)際位置。

6．自動(dòng)復位功能

在試驗結束后，砝碼必須回歸起始位置，以免壓力計長(cháng)時(shí)間受壓，造成活塞和其他結構件的變形。

7．計算機遠程控制功能

加載大砝碼共14塊，約470kg，整個(gè)系統既可由面板控制也可由計算機遠程控制。

8．計算機遠程操控功能

可由計算機遠程操控執行面板操作的*有基本功能。

9．自動(dòng)砝碼加載系統的技術(shù)指標

位置控制*度優(yōu)于0.1mm；位置控制范圍為（0～200）mm；位置分辨率為0.023mm。

10.砝碼欠載和過(guò)沖的測控雙重保護裝置

砝碼欠載保護就是當壓力計已加壓到某*壓力點(diǎn)時(shí)，由于誤操作使加載砝碼低于實(shí)際要求的數量。由于欠載時(shí)活塞會(huì )升到活塞限位處，因此實(shí)際設計時(shí)，采用激光位移計測量活塞的上限位置來(lái)提供砝碼欠載保護。砝碼過(guò)沖保護就是當砝碼卸載時(shí)，油泵上升到砝碼全部脫開(kāi)活塞時(shí)，為了避免油泵進(jìn)*步的上升，引起活塞壓力計橫梁結構件的損壞而采取的保護措施。實(shí)際設計時(shí)，采用限位電子開(kāi)關(guān)探測砝碼上下限位置來(lái)提供過(guò)沖保護。

四、結束語(yǔ)

活塞式壓力計是*種古老而又經(jīng)典的壓力測量?jì)x器，它具有其他壓力計量器具*無(wú)法比擬的測量*度和穩定性能，但在實(shí)際測量中，砝碼加載*直是困擾人們的*個(gè)大問(wèn)題，這項工作費時(shí)費力而且容易損壞活塞。本項目的研制并成功應用于超*壓*基準裝置，不但使超*壓*基準的運行水平有了質(zhì)的飛躍，還為本項目今后用于常壓活塞式壓力計提供了必需的條件，并對今后活塞式壓力計的發(fā)展起到重要作用。