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万能试验机也称万能材料试验机或拉力机,可用于对金属、塑料、纺织品、纸制品及橡胶等材料试样,进行拉伸、压缩、弯曲、变形等试验,以获得材料的抗拉(压)强度、弹性模量、屈服强度等力学性能,在建材、纺织、纸张包装、电线电缆等行业有着广泛的应用。
万能试验机的构成02万能试验机由测量系统、驱动系统、控制系统及机架结构组成。测量系统包括力测量和位移测量。力测量通过具有内部低噪声PGA放大器的24位ADC芯片采样力传感器输出电压信号转换后得到;位移测量根据材料特性及精度要求可采用脉冲数,单编码器,双编码器及引伸计进行测量。脉冲数通过捕获模块进行捕获,编码器解码器进行捕获计数,引伸计的信号采用同力信号采集相同的ADC芯片进行采样转换。
驱动系统,由控制器、驱动器、电机、齿轮、丝杠和导轨组成,电机通过齿轮和丝杠带动机架平台对材料施加拉力或压力。驱动系统具有恒位移速度、恒力速度及力保持三种控制方式。
控制系统,完成试验流程控制、数据采集、分析、输出显示、用户操作及参数和试验结果数据存储等功能。
主控系统03万能试验机的主控系统一般采用DSP或高性能MCU,但是其电路设计要求高,且对于程序开发也有一定门槛,这里推荐一种更为便捷的方案,即采用CMC芯片。设计万能试验机控制板只需要一颗CMC芯片,加上ADC芯片、电源电路及接口电路就能实现所有的测量系统、驱动系统及控制系统功能。加上芯片提供的运动控制、逻辑控制、传感检测、网络通信及控制运算功能,可大量节省产品开发、功能升级、可靠性检验的时间。应用CMC芯片设计万能试验机控制板的功能框图:CMC芯片集成的MCP模块具有4轴3联动插补的运动控制功能,速度控制可实现直线加减速和S曲线加减速,结合提供的PID控制算法,可方便实现恒位移速度、恒力速度和力保持三种控制方式。PIPO模块具有捕获功能和正交编码器接口功能,可实现脉冲信号和编码器信号的计数,通过标定的位移参数,计算出实验时的位移量和变形量。传感检测功能提供读取ADC芯片的转换值的接口,结合力传感和引伸计的标定参数设计用户转换公式,就能输出力数值及位移数值。网络通信功能提供CANopen、ModBus总线通信功能,方便同触摸屏和上位机联系,也允许自定义通信协议通过串口同专用设备通信。
控制程序04万能试验机的软件流程如下:
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控制系统