专利名称：螺旋形弹簧特性线测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量螺旋形的弹簧特性的装置，特别是一种采用了位移传感器和荷重传感器，测量弹簧加载情况下的位移变形量，并进行自动显示和绘制特性线的螺旋形弹簧特性线测量装置。
现有的弹簧拉压试验机是由拉框、阻尼器、齿条、指针、调零手轮、指针齿轮轴、测力弹簧、拉杆、挂钩、操作把、上压盘、下压盘、一杠杆、配重、一杠杆、联结刀承、平衡砣、变换刀承架、变换手柄等部件组成，例如，济南第二试验机厂就生产这样的弹簧拉压试验机。通常在弹簧试验中使用这样的弹簧拉压试验机，为了得到一条弹簧特性曲线，必须人工目测直尺位移指示值和表盘载荷刻度值，手工记录若干组数据后，才能由人工在座标纸上连成一条弹簧特性曲线，容易造成人为误差，不但花工费时非常麻烦，而且很难得到一条重复性好、误差小的弹簧特性线。另外，弹簧拉压试验机载荷力显示靠机械传动，指针式显示惯性大，固有频率低、动作不灵敏，同时，测力机构的刀刃和刀承架因磨损等原因而经常维修检验，精度不能恒持。
本实用新型的目的在于改善现有弹簧拉压试验机上述诸项缺点，而提供一种采用机械参数电测技术，利用弹簧加载机构并配合装在该机构上的位移传感器和荷重传感器，感知螺旋形弹簧所受的载荷力以及在该载荷力作用下的形变位移量，并将其感受的机械量转换成电压信号输出经过信号测量控制电路，将信号进行处理放大和输出，由输出显示记录设备，自动显示数据图形和绘制螺旋形弹簧特性曲线的测量试验装置。
本实用新型的上述目的是通过这样的技术方案实现的，即它由螺旋形弹簧加载机构及其测量控制电路两部分构成，其中试验加载机构包括底座、立柱、固定支架、可在立柱上移动的支架、上加压盘、下加压盘，上压盘可上、下移动地固定在可在立柱上移动的支架上，本实用新型的特征在于加载机构中还包括位移传感器，其测杆连接在上压盘上，可与其一起上、下移动；还包括荷重传感器，其固定在测量底座上，在下压盘与荷重传感器之间，安装有重力平衡传递机构；测量控制电路是这样构成的，即它由位移传感器的信号测量控制电路和荷重传感器的信号测量控制电路组成，加载机构中的位移传感器的初级绕组接位移信号振激励源电路，其次级绕组接位移相敏解调回路，其解调的信号经跟随器后输至比较放大器的负向输入端，比较放大器的正向输入端与信号平衡电路的输出连接，经比较放大器所比较放大输出的信号输往数字显示器和X—Y记录仪。加载机构中的荷重传感器的输出端接载荷传输测量电路，经过信号跟随及一级差动放大后的载荷信号输至第二级比较放大器的负向输入端，该比较放大器的正向输入端接信号平衡电路，经第二级比较放大器输出的信号一路输往数字显示仪及X—Y记录器，另一路接过载报警电路。
本实用新型的上述技术方案可以通过附图给出的实施例进一步说明。
本实用新型有如下附图附
图1为本实用新型加载机构示意图；附图2为荷重传感器力平衡传递机构结构示意图附图3为信号测量控制电路原理框图；附图4为信号测量控制电路原理图；附图5的信号测量控制电路中的振荡器电路原理图。
参见图1，弹簧加载机构由位移传感器1、立柱2、移动支架3、上压盘4、固定支架5、下压盘6，重力平衡传递机构7、荷重传感器8、底座9组成。其中，位移传感器1安装在固定支架5上，其测杆与上压盘4连接，上压盘4安装在移动支架3上，通过调节随立柱2垂向滑动。荷重传感器8固定在底座9上，在它与下压盘之间安装有荷重传感器力平衡传递机构7。当弹簧放在上压盘和下压盘之间时，搬动位移支架3上的操作手柄，使上压盘在垂向带动位移传感器1的测杆一起移动，给弹簧施加一个载荷力，通过位移传感器和荷重传感器，将弹簧所受到的载荷力和形变位移量转换成正比于其机械量大小的电压信号输出到测量控制电路。本实用新型的一个实施例中位移传感器采用型号为WY—100L的直线位移传感器，荷重传感器则采用TH系列。
参见图2，荷重传感器力平衡传递机构由顶杆体13、其正下端中心的顶杆15、弹性金属片11、14等构成；顶杆体位于过渡套12内，螺栓10将弹性金属片平行安装在过渡套两端，并将其固定在荷重传感器的连接套16上，顶杆体的正上方中心的螺柱与下压盘中心螺纹连接，使下压盘、顶杆及荷重传感器的触头在一条中轴上，以无摩摸方式传递正向压力，使加在弹簧上的力通过下压盘能准确传递到荷重传感器上。
参见图3、图4，测量控制电路部分位于专门的机箱内，它由稳压电源回路，位移信号振荡激励回路，位移相敏解调器回路，位移信号平衡回路，位移信号电压放大回路，载荷信号传输测量回路，载荷信号平衡回路，载荷信号放大回路，载荷过载报警回路，数字显示器和X—Y记录仪构成。
稳压电源回路由220V交流电源经变压器降压并分为几组，分别通过二级管桥式整流后，由三端集成稳压器进行稳压输出，提供+5V，+6V，+9V，+9V，+12V和-12V六组直流电源。其中+5V电源用于数字显示器工作电路；+6V电源用作荷重传感器工作电源；+9V电源用作位、移传感器中振荡器的激励电源；考虑到报警电路会对信号测量电路造成干扰，另外又单独设置了一组+9V电源用于荷重传感器的报警电路；+12V和-12V电源用于位移和载荷信号测量电路。
参见图5。测量控制电路中由三个非门逻辑电路D1-D3和电阻R，R0及电容C连接成的自激振荡器回路，振荡频率由时间常数RC所决定。该振荡回的一个具体实例中，R＝10KΩ，R0＝8.2KΩ，C＝0.01—0.033uF，此控制回路接在+9V电源和地线之间，其振荡产生的高频交流信号，经过电阻R1，晶体管V1反相后输往位移传感器，作为位移传感器的激励信号源。晶体管V1是为了功率扩展改善振荡器的波形，并不受负载变化的影响，从而使输出为等幅方波而设置的。二级管是为了防止晶体管由饱和到截止在线圈中所产生的反电势造成击穿现象而设置的。
电路中包括的相敏解调器回路是由两组二级管V9和V10构成的差动整流电路和由电阻R4、R46，电容C17、C20接成的两级RC网络组成，其作用是将位移传感器次级绕组上感应出的调幅信号经过此回路还原为与传感器输入信号相似的波形。其中差动整流电路用于抵消位移传感器的零点残余电压和初次级之间相位差等因素的影响。
电路还包括由电阻R8-R11，R13-R14，可调电阻R15，R43，电容C18和集成运算放大器A2组成的位移信号电压放大回路和由电阻R23-R30，R40-R42，电容C19和集成运算放大器A4组成的荷重信号电压放大回路。通过位移信号电压放大回路和荷重信号电压放大回路将位移测量信号和载荷测量信号转换为具有一定幅度并经归一化处理的电压信号，提供给显示器和X—Y函数记录仪进行输出显示和记录绘制曲线。
电路包括的位移信号平衡回路由电阻R5，R16和可调电阻R6串联接在+12V直流电源和-12V直流电源上，形成分压网络，经电阻R45与集成运算放大器A1正向输入端，建立位移信号平衡调零参考电压，抵消位移传感器由于结构尺寸和加工的误差所存在着一定的输出电压，使位移电压放大器的初始输出电压为零。
载荷信号平衡回路由电阻R18—R22与集成运算放大器A6构成，其原理与位移平衡回路相同。
电路还包括由电阻R47-R53和集成运算放大器A7，A8，A9组成的具有输入电阻高，共模抑制作用比较好的载荷信号放大回路，由电阻R53和集成运算放大器A7输出端连接经电阻R23接在载荷信号电压放大回路输入端提供载荷感知信号。
电路还包括由电阻R31-R38，集成运算放大器A5，晶体管V2，V3，V4，二级管V12，蜂鸣器和信号灯H2组成的载荷过载报警电路。由电阻R32和R5串联接在+9V电源和地之间形成分压网络，R32和R5之间的连结点经电阻R33与比较集成运算放大器A5正向输入端相接，以便在比较器正向输入端建立一个参考电压。
当弹簧加载机构施加给弹簧载荷力小于荷重传感器最大安全容许值时，即由电阻R30和R40，R41，R42接成的分压网络，经电阻R31与比较集成运算放大器A5负向输入端相接的电压值小于正向输入端参考电压时，则比较器回路A5的输出是高电平，晶体管V2饱和导通，晶体管V3基极为低电平，处于反向偏置而截止，晶体管V3，V4不导通，无报警信号输出，蜂鸣器和报警指示灯不动作。
当荷重传感器所感受到的载荷力大于最大安全容许值时，由、电阻R30和R40，R41，R42接成的分压网络提供给比较集成运算放大器A5负向输入端的电压值大于正向输入端参考电压，比较器A5由于正反馈的作用输出会很快翻转由高电平转为低电平，晶体管V2由导通变为截止，晶体管V3基极电位由低到高，晶体管V3，V4饱和导通，通过蜂鸣器和报警指示灯自动发出报警信号，提请操作者注意不要超载。
电路的工作过程如下当开关S合上，电源接通后，振荡器开始自激振荡，产生一个等幅振荡高频交流信号提供给位移传感器作信号激励源。当操作加载机构进行弹簧试验时，通过位移传感器和荷重传感器分别将感受到的信号传输给位移测量回路和荷重测量回路，经过处理放大，输往数字显示器和X—Y记录仪进行数据显示，自动记录绘制弹簧特性线。
本实用新型另一实施方案可将经过处理放大的弹簧位移和荷重信号，送至单片微型计算机对测量试验的弹簧特性线数据处理和存贮，由单片机适配的CRT显示不同弹簧特性线和对应数据既(1)在一定的试验载荷力下，测定的弹簧变形量(F)，(2)在一定的试验变形量下，测定的弹簧载荷力(P)，进行不同弹簧的特性线对比，根据需要由单片机适配的绘图仪打印数据，绘制弹簧特性线成为智能化仪器。
本实用新型由于具有上述结构，因而其优点是显然的，即它与现有技术相比，具有机械结构简单，操作使用方便，载荷力和变形量数字显示，精度高，稳定性好，迟滞误差和重复性误差≤0.2％，测量快速等优点。
权利要求1.螺旋形弹簧特性测量装置，它由螺旋形弹簧加载机构和测量控制电路及显示、记录器三部组成，其特征在于①弹簧加载机构由位移传感器(1)、立柱(2)、位移支架(3)、上、下压盘(4、6)、固定支架(5)、重力平衡传递机构(7)、荷重传感器(8)、底座(9)组成，其中，位移传感器安装在固定支架(5)上，其测杆与安装在可在立柱上垂直移动的支架(3)上的上压盘(4)连接，荷重传感器(8)固定在底座(9)上，在它与下压盘之间安装有重力平衡传递机构(7)；②测量控制电路由位移传感器的信号测量控制电路和荷重传感器的信号测量控制电路组成，加载机构中的位移传感器的B1的初级绕组接位移信号振荡激励源电路，其次级绕组接位移相敏解调回路，其解调的信号经跟随器A3后输至比较放大器A2的负向输入端，比较放大器的正向输入端与信号平衡电路的输出端连接，A2输出的信号接数字显示器P4和X-Y记录器P1；加载机构中的荷重传感器B2的输出端接载荷传输测量电路，经过信号跟随器A3、A9及一级差动放大A7后的载荷信号输至第二级比较放大器A4的负向输入端，A4的正向输入端接信号平衡电路，A4输出的信号的一路输往P4及P1，另一路接过载报警电路。
2.根据权利要求1所述的螺旋形弹簧特性线测量装置，其特征在于弹簧加载机构中的重力平衡传递机构(7)由顶杆体(13)，其正下端中心的顶杆(15)，弹性金属片(11、14)等构成，顶杆体位于过渡套(12)内，螺栓(10)将弹性金属片平行(11、14)安装在过渡套两端，并将其固定在荷重传感器的连接套(16)上，下压盘、顶杆及传感器的触头的中心线在一条轴线上。
3.根据权利要求1所述的螺旋形弹簧特性线测量装置，其特征在于测量控制电路中的位移信号振荡激励回路由三个非门D1-D3和电阻R，R0及电容C连接构成，该回路接在±9V电源和地线之间，其产生的高频交流信号经过电阻R1、晶体管V1反相输往位移传感器。
4.根据权利要求1所述的螺旋形弹簧特性线测量装置，其特征在于测量控制电路中的位移信号平衡回路由电阻R5、R6、R7串联在±12V直流电源之间，形成分压网络，经电阻R45接集成运算放大器A1正向输入端。
5.根据权利要求1所述的螺旋形弹簧特性线测量装置，其特征在于测量控制电路中的载荷信号放大回路由电阻R47-R53，集成运算放大器A7-A9组成。
6.根据权利要求1所述的螺旋形弹簧特性线测量装置，其特征在于测量控制电路中的载荷过载报警电路由R31-R38，集成运算放大器A5，晶体管V2-V4，二极管V12，蜂鸣器和信号灯JH2组成，其中由电阻R32和R34串联接在+9V电源和地之间形成分压网络，R32和R34之间的连接点经电阻R33与A5正向输入端相接。
专利摘要一种螺旋形弹簧特性线测量装置，它采用机械参数电测技术，利用弹簧加载机构上装有的位移传感器和荷重传感器，感知螺旋形弹簧所受的载荷力和在该载荷力作用下的弹簧形变位移量，并将感知的机械量输出，通过输出显示记录设备，数字显示器，CRT屏幕，X-Y记录仪或绘图仪达到显示、记录和绘制螺旋形弹簧特性线的目的。
文档编号G01N3/00GK2222910SQ94227200
公开日1996年3月20日 申请日期1994年2月9日 优先权日1994年2月9日
发明者宋毕春, 谢珠龙, 陈晓勇, 曾东建 申请人:四川红江机械厂