專利名稱：螺旋形彈簧特性線測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種測量螺旋形的彈簧特性的裝置，特別是一種采用了位移傳感器和荷重傳感器，測量彈簧加載情況下的位移變形量，并進行自動顯示和繪制特性線的螺旋形彈簧特性線測量裝置。
現有的彈簧拉壓試驗機是由拉框、阻尼器、齒條、指針、調零手輪、指針齒輪軸、測力彈簧、拉桿、掛鉤、操作把、上壓盤、下壓盤、一杠桿、配重、一杠桿、聯結刀承、平衡砣、變換刀承架、變換手柄等部件組成，例如，濟南第二試驗機廠就生產這樣的彈簧拉壓試驗機。通常在彈簧試驗中使用這樣的彈簧拉壓試驗機，為了得到一條彈簧特性曲線，必須人工目測直尺位移指示值和表盤載荷刻度值，手工記錄若干組數據后，才能由人工在座標紙上連成一條彈簧特性曲線，容易造成人為誤差，不但花工費時非常麻煩，而且很難得到一條重復性好、誤差小的彈簧特性線。另外，彈簧拉壓試驗機載荷力顯示靠機械傳動，指針式顯示慣性大，固有頻率低、動作不靈敏，同時，測力機構的刀刃和刀承架因磨損等原因而經常維修檢驗，精度不能恒持。
本實用新型的目的在于改善現有彈簧拉壓試驗機上述諸項缺點，而提供一種采用機械參數電測技術，利用彈簧加載機構并配合裝在該機構上的位移傳感器和荷重傳感器，感知螺旋形彈簧所受的載荷力以及在該載荷力作用下的形變位移量，并將其感受的機械量轉換成電壓信號輸出經過信號測量控制電路，將信號進行處理放大和輸出，由輸出顯示記錄設備，自動顯示數據圖形和繪制螺旋形彈簧特性曲線的測量試驗裝置。
本實用新型的上述目的是通過這樣的技術方案實現的，即它由螺旋形彈簧加載機構及其測量控制電路兩部分構成，其中試驗加載機構包括底座、立柱、固定支架、可在立柱上移動的支架、上加壓盤、下加壓盤，上壓盤可上、下移動地固定在可在立柱上移動的支架上，本實用新型的特征在于加載機構中還包括位移傳感器，其測桿連接在上壓盤上，可與其一起上、下移動；還包括荷重傳感器，其固定在測量底座上，在下壓盤與荷重傳感器之間，安裝有重力平衡傳遞機構；測量控制電路是這樣構成的，即它由位移傳感器的信號測量控制電路和荷重傳感器的信號測量控制電路組成，加載機構中的位移傳感器的初級繞組接位移信號振激勵源電路，其次級繞組接位移相敏解調回路，其解調的信號經跟隨器后輸至比較放大器的負向輸入端，比較放大器的正向輸入端與信號平衡電路的輸出連接，經比較放大器所比較放大輸出的信號輸往數字顯示器和X—Y記錄儀。加載機構中的荷重傳感器的輸出端接載荷傳輸測量電路，經過信號跟隨及一級差動放大后的載荷信號輸至第二級比較放大器的負向輸入端，該比較放大器的正向輸入端接信號平衡電路，經第二級比較放大器輸出的信號一路輸往數字顯示儀及X—Y記錄器，另一路接過載報警電路。
本實用新型的上述技術方案可以通過附圖給出的實施例進一步說明。
本實用新型有如下附圖附
圖1為本實用新型加載機構示意圖；附圖2為荷重傳感器力平衡傳遞機構結構示意圖附圖3為信號測量控制電路原理框圖；附圖4為信號測量控制電路原理圖；附圖5的信號測量控制電路中的振蕩器電路原理圖。
參見圖1，彈簧加載機構由位移傳感器1、立柱2、移動支架3、上壓盤4、固定支架5、下壓盤6，重力平衡傳遞機構7、荷重傳感器8、底座9組成。其中，位移傳感器1安裝在固定支架5上，其測桿與上壓盤4連接，上壓盤4安裝在移動支架3上，通過調節隨立柱2垂向滑動。荷重傳感器8固定在底座9上，在它與下壓盤之間安裝有荷重傳感器力平衡傳遞機構7。當彈簧放在上壓盤和下壓盤之間時，搬動位移支架3上的操作手柄，使上壓盤在垂向帶動位移傳感器1的測桿一起移動，給彈簧施加一個載荷力，通過位移傳感器和荷重傳感器，將彈簧所受到的載荷力和形變位移量轉換成正比于其機械量大小的電壓信號輸出到測量控制電路。本實用新型的一個實施例中位移傳感器采用型號為WY—100L的直線位移傳感器，荷重傳感器則采用TH系列。
參見圖2，荷重傳感器力平衡傳遞機構由頂桿體13、其正下端中心的頂桿15、彈性金屬片11、14等構成；頂桿體位于過渡套12內，螺栓10將彈性金屬片平行安裝在過渡套兩端，并將其固定在荷重傳感器的連接套16上，頂桿體的正上方中心的螺柱與下壓盤中心螺紋連接，使下壓盤、頂桿及荷重傳感器的觸頭在一條中軸上，以無摩摸方式傳遞正向壓力，使加在彈簧上的力通過下壓盤能準確傳遞到荷重傳感器上。
參見圖3、圖4，測量控制電路部分位于專門的機箱內，它由穩壓電源回路，位移信號振蕩激勵回路，位移相敏解調器回路，位移信號平衡回路，位移信號電壓放大回路，載荷信號傳輸測量回路，載荷信號平衡回路，載荷信號放大回路，載荷過載報警回路，數字顯示器和X—Y記錄儀構成。
穩壓電源回路由220V交流電源經變壓器降壓并分為幾組，分別通過二級管橋式整流后，由三端集成穩壓器進行穩壓輸出，提供+5V，+6V，+9V，+9V，+12V和-12V六組直流電源。其中+5V電源用于數字顯示器工作電路；+6V電源用作荷重傳感器工作電源；+9V電源用作位、移傳感器中振蕩器的激勵電源；考慮到報警電路會對信號測量電路造成干擾，另外又單獨設置了一組+9V電源用于荷重傳感器的報警電路；+12V和-12V電源用于位移和載荷信號測量電路。
參見圖5。測量控制電路中由三個非門邏輯電路D1-D3和電阻R，R0及電容C連接成的自激振蕩器回路，振蕩頻率由時間常數RC所決定。該振蕩回的一個具體實例中，R＝10KΩ，R0＝8.2KΩ，C＝0.01—0.033uF，此控制回路接在+9V電源和地線之間，其振蕩產生的高頻交流信號，經過電阻R1，晶體管V1反相后輸往位移傳感器，作為位移傳感器的激勵信號源。晶體管V1是為了功率擴展改善振蕩器的波形，并不受負載變化的影響，從而使輸出為等幅方波而設置的。二級管是為了防止晶體管由飽和到截止在線圈中所產生的反電勢造成擊穿現象而設置的。
電路中包括的相敏解調器回路是由兩組二級管V9和V10構成的差動整流電路和由電阻R4、R46，電容C17、C20接成的兩級RC網絡組成，其作用是將位移傳感器次級繞組上感應出的調幅信號經過此回路還原為與傳感器輸入信號相似的波形。其中差動整流電路用于抵消位移傳感器的零點殘余電壓和初次級之間相位差等因素的影響。
電路還包括由電阻R8-R11，R13-R14，可調電阻R15，R43，電容C18和集成運算放大器A2組成的位移信號電壓放大回路和由電阻R23-R30，R40-R42，電容C19和集成運算放大器A4組成的荷重信號電壓放大回路。通過位移信號電壓放大回路和荷重信號電壓放大回路將位移測量信號和載荷測量信號轉換為具有一定幅度并經歸一化處理的電壓信號，提供給顯示器和X—Y函數記錄儀進行輸出顯示和記錄繪制曲線。
電路包括的位移信號平衡回路由電阻R5，R16和可調電阻R6串聯接在+12V直流電源和-12V直流電源上，形成分壓網絡，經電阻R45與集成運算放大器A1正向輸入端，建立位移信號平衡調零參考電壓，抵消位移傳感器由于結構尺寸和加工的誤差所存在著一定的輸出電壓，使位移電壓放大器的初始輸出電壓為零。
載荷信號平衡回路由電阻R18—R22與集成運算放大器A6構成，其原理與位移平衡回路相同。
電路還包括由電阻R47-R53和集成運算放大器A7，A8，A9組成的具有輸入電阻高，共模抑制作用比較好的載荷信號放大回路，由電阻R53和集成運算放大器A7輸出端連接經電阻R23接在載荷信號電壓放大回路輸入端提供載荷感知信號。
電路還包括由電阻R31-R38，集成運算放大器A5，晶體管V2，V3，V4，二級管V12，蜂鳴器和信號燈H2組成的載荷過載報警電路。由電阻R32和R5串聯接在+9V電源和地之間形成分壓網絡，R32和R5之間的連結點經電阻R33與比較集成運算放大器A5正向輸入端相接，以便在比較器正向輸入端建立一個參考電壓。
當彈簧加載機構施加給彈簧載荷力小于荷重傳感器最大安全容許值時，即由電阻R30和R40，R41，R42接成的分壓網絡，經電阻R31與比較集成運算放大器A5負向輸入端相接的電壓值小于正向輸入端參考電壓時，則比較器回路A5的輸出是高電平，晶體管V2飽和導通，晶體管V3基極為低電平，處于反向偏置而截止，晶體管V3，V4不導通，無報警信號輸出，蜂鳴器和報警指示燈不動作。
當荷重傳感器所感受到的載荷力大于最大安全容許值時，由、電阻R30和R40，R41，R42接成的分壓網絡提供給比較集成運算放大器A5負向輸入端的電壓值大于正向輸入端參考電壓，比較器A5由于正反饋的作用輸出會很快翻轉由高電平轉為低電平，晶體管V2由導通變為截止，晶體管V3基極電位由低到高，晶體管V3，V4飽和導通，通過蜂鳴器和報警指示燈自動發出報警信號，提請操作者注意不要超載。
電路的工作過程如下當開關S合上，電源接通后，振蕩器開始自激振蕩，產生一個等幅振蕩高頻交流信號提供給位移傳感器作信號激勵源。當操作加載機構進行彈簧試驗時，通過位移傳感器和荷重傳感器分別將感受到的信號傳輸給位移測量回路和荷重測量回路，經過處理放大，輸往數字顯示器和X—Y記錄儀進行數據顯示，自動記錄繪制彈簧特性線。
本實用新型另一實施方案可將經過處理放大的彈簧位移和荷重信號，送至單片微型計算機對測量試驗的彈簧特性線數據處理和存貯，由單片機適配的CRT顯示不同彈簧特性線和對應數據既(1)在一定的試驗載荷力下，測定的彈簧變形量(F)，(2)在一定的試驗變形量下，測定的彈簧載荷力(P)，進行不同彈簧的特性線對比，根據需要由單片機適配的繪圖儀打印數據，繪制彈簧特性線成為智能化儀器。
本實用新型由于具有上述結構，因而其優點是顯然的，即它與現有技術相比，具有機械結構簡單，操作使用方便，載荷力和變形量數字顯示，精度高，穩定性好，遲滯誤差和重復性誤差≤0.2％，測量快速等優點。
權利要求1.螺旋形彈簧特性測量裝置，它由螺旋形彈簧加載機構和測量控制電路及顯示、記錄器三部組成，其特征在于①彈簧加載機構由位移傳感器(1)、立柱(2)、位移支架(3)、上、下壓盤(4、6)、固定支架(5)、重力平衡傳遞機構(7)、荷重傳感器(8)、底座(9)組成，其中，位移傳感器安裝在固定支架(5)上，其測桿與安裝在可在立柱上垂直移動的支架(3)上的上壓盤(4)連接，荷重傳感器(8)固定在底座(9)上，在它與下壓盤之間安裝有重力平衡傳遞機構(7)；②測量控制電路由位移傳感器的信號測量控制電路和荷重傳感器的信號測量控制電路組成，加載機構中的位移傳感器的B1的初級繞組接位移信號振蕩激勵源電路，其次級繞組接位移相敏解調回路，其解調的信號經跟隨器A3后輸至比較放大器A2的負向輸入端，比較放大器的正向輸入端與信號平衡電路的輸出端連接，A2輸出的信號接數字顯示器P4和X-Y記錄器P1；加載機構中的荷重傳感器B2的輸出端接載荷傳輸測量電路，經過信號跟隨器A3、A9及一級差動放大A7后的載荷信號輸至第二級比較放大器A4的負向輸入端，A4的正向輸入端接信號平衡電路，A4輸出的信號的一路輸往P4及P1，另一路接過載報警電路。
2.根據權利要求1所述的螺旋形彈簧特性線測量裝置，其特征在于彈簧加載機構中的重力平衡傳遞機構(7)由頂桿體(13)，其正下端中心的頂桿(15)，彈性金屬片(11、14)等構成，頂桿體位于過渡套(12)內，螺栓(10)將彈性金屬片平行(11、14)安裝在過渡套兩端，并將其固定在荷重傳感器的連接套(16)上，下壓盤、頂桿及傳感器的觸頭的中心線在一條軸線上。
3.根據權利要求1所述的螺旋形彈簧特性線測量裝置，其特征在于測量控制電路中的位移信號振蕩激勵回路由三個非門D1-D3和電阻R，R0及電容C連接構成，該回路接在±9V電源和地線之間，其產生的高頻交流信號經過電阻R1、晶體管V1反相輸往位移傳感器。
4.根據權利要求1所述的螺旋形彈簧特性線測量裝置，其特征在于測量控制電路中的位移信號平衡回路由電阻R5、R6、R7串聯在±12V直流電源之間，形成分壓網絡，經電阻R45接集成運算放大器A1正向輸入端。
5.根據權利要求1所述的螺旋形彈簧特性線測量裝置，其特征在于測量控制電路中的載荷信號放大回路由電阻R47-R53，集成運算放大器A7-A9組成。
6.根據權利要求1所述的螺旋形彈簧特性線測量裝置，其特征在于測量控制電路中的載荷過載報警電路由R31-R38，集成運算放大器A5，晶體管V2-V4，二極管V12，蜂鳴器和信號燈JH2組成，其中由電阻R32和R34串聯接在+9V電源和地之間形成分壓網絡，R32和R34之間的連接點經電阻R33與A5正向輸入端相接。
專利摘要一種螺旋形彈簧特性線測量裝置，它采用機械參數電測技術，利用彈簧加載機構上裝有的位移傳感器和荷重傳感器，感知螺旋形彈簧所受的載荷力和在該載荷力作用下的彈簧形變位移量，并將感知的機械量輸出，通過輸出顯示記錄設備，數字顯示器，CRT屏幕，X-Y記錄儀或繪圖儀達到顯示、記錄和繪制螺旋形彈簧特性線的目的。
文檔編號G01N3/00GK2222910SQ94227200
公開日1996年3月20日 申請日期1994年2月9日 優先權日1994年2月9日
發明者宋畢春, 謝珠龍, 陳曉勇, 曾東建 申請人:四川紅江機械廠