、概述

本儀器采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，智能儀表（單片機(jī)）技術(shù)對(duì)物理量:位移、溫度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)全過(guò)程的檢測(cè)與控制，并可以實(shí)現(xiàn)脫機(jī)運(yùn)行，聯(lián)機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試。運(yùn)行于中文WindowsXP環(huán)境，具有友好的中文用戶操作界面；脫機(jī)狀態(tài)由智能儀表檢測(cè)，手動(dòng)測(cè)試。該儀器主要用于測(cè)定固體材料的熱膨脹系數(shù)。具有全自動(dòng)、易于測(cè)試、易操作、數(shù)據(jù)可打印輸出、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存檔、數(shù)據(jù)庫(kù)豐富、易修改檢索等特點(diǎn)；為工廠、科研院所檢測(cè)材料制品的性能和科研教學(xué)提供了現(xiàn)代化的測(cè)試手段。

二、主要技術(shù)系數(shù)

1、zui高爐溫：300℃。

2、升溫速度，實(shí)驗(yàn)過(guò)程控制參數(shù)，含PID參數(shù)以及通迅方式。

⑴由智能模塊實(shí)現(xiàn)全過(guò)程任意需要調(diào)節(jié)、設(shè)置、鎖定。

⑵實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)液晶顯示器顯示，實(shí)現(xiàn)友好中文界面。并可實(shí)現(xiàn)在線修改。

3、電源電壓：220V±10﹪，50HZ

4、爐子zui大功耗≤500W

5、膨脹值測(cè)量范圍與誤差：0--5㎜±0.1%

6、控溫精度：±1℃ 溫度記錄值誤差≤±0.5﹪

7、測(cè)量膨脹值分辨率：1um

三、儀器的組成及原理

1、系統(tǒng)組成：加載進(jìn)樣氣動(dòng)裝置、位移測(cè)量裝置，爐膛、控制系統(tǒng)（智能模塊+嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)）、四部份組成。 

2、組成原理圖：

3、原理介紹：

電爐升溫后爐膛內(nèi)的試樣發(fā)生膨脹，頂在試樣端部的測(cè)試桿產(chǎn)生與之等量的膨脹量（如果不計(jì)系統(tǒng)的熱變形量），這膨脹量由電感位移計(jì)測(cè)量出來(lái)，由位移顯示模塊顯示并送嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理后顯示δ和α值是通過(guò)自動(dòng)系統(tǒng)補(bǔ)償計(jì)算結(jié)果，也可通過(guò)智能模塊顯示的位移值，人工記錄，并按原理公式計(jì)算。

⑴傳感測(cè)量裝置中的測(cè)試桿，端頂著試樣端連著位移傳感器的鐵芯。試樣的另端頂加載進(jìn)樣氣動(dòng)裝置活塞桿樣品支架上。因而試樣在此端的自由度被限制了，所以試樣的膨脹將引起位移傳感器的鐵芯相應(yīng)的位移。

⑵ 爐膛采用特種電阻絲發(fā)熱。

⑶ 試樣裝在試樣架上固定不動(dòng)，又啟動(dòng)加載裝置進(jìn)出爐，進(jìn)樣后由氣泵壓力頂住樣品。

⑷ 電氣部分：

a.參照智能模塊518P儀表操作手冊(cè)，實(shí)驗(yàn)參數(shù)可由用戶調(diào)整（出廠時(shí)已調(diào)好）。

b．嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)部分，遵從計(jì)算機(jī)操作原理，因系統(tǒng)工作在（Windowsxp）簡(jiǎn)體中文環(huán)境，用戶計(jì)算機(jī)的軟件環(huán)境應(yīng)能支持Windows32位軟件。在運(yùn)行用戶測(cè)試程序之前，須安裝測(cè)試軟件。安裝方法參照Windows應(yīng)用軟件安裝方法及軟件操作。注意事項(xiàng)要求，接口連接轉(zhuǎn)換頭接嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主板Com1口。打印機(jī)支持usb口，在Windowsxp操作系統(tǒng)下安裝打印機(jī)。用戶需打印時(shí)將自動(dòng)啟動(dòng)數(shù)據(jù)打印記錄。

C．系統(tǒng)的補(bǔ)償，可以定期由用戶標(biāo)樣進(jìn)行校準(zhǔn)。其數(shù)據(jù)處理通過(guò)計(jì)算機(jī)完成。由用戶輸入標(biāo)樣的α值，該項(xiàng)儀器出廠前已校準(zhǔn)。并提供標(biāo)樣在不同溫度下的α值供用戶參考。

四、使用與操作

儀器出廠時(shí)，已作好全部參數(shù)的調(diào)整，使用時(shí)應(yīng)按下列程序操作。

1、先把氣瓶接好，并打開(kāi)減壓器開(kāi)關(guān)；確認(rèn)電線已接好。

注意：連接電爐的電線端子定要接觸良好，并將儀表的地線接入實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所地線（或水管），減少系統(tǒng)之感應(yīng)電以保護(hù)計(jì)算機(jī)可靠工作及數(shù)據(jù)的正常傳送。

2、打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，檢查智能模塊518P基本參數(shù)的設(shè)置，確定升溫曲線已經(jīng)設(shè)置好。

3、按住氣泵控制按鈕，直到可以看到放試樣的支撐平面（要直按住，不要松手），確定試樣正確放好，松開(kāi)按鈕就可以了。

4、打開(kāi)工作啟動(dòng)開(kāi)關(guān)（把開(kāi)作啟動(dòng)按鈕按下就OK），打開(kāi)電腦（電腦的開(kāi)機(jī)開(kāi)關(guān)在顯示器的左下方，打開(kāi)就行了，在開(kāi)機(jī)前請(qǐng)您確定鼠標(biāo)已經(jīng)接好）。

5、開(kāi)機(jī)后，電腦會(huì)自動(dòng)調(diào)用熱膨脹系數(shù)測(cè)試系統(tǒng)（如圖），請(qǐng)確認(rèn)溫度和位移都顯示正確（因?yàn)橛械臅r(shí)候會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤信息），如果沒(méi)有顯示溫度或位移就麻煩你退出此軟件，再重新打開(kāi)；確認(rèn)溫度和位移都正確顯示后，就可以按實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)了（實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)是在528P表上按，軟件不要?jiǎng)?，）。在做完?shí)驗(yàn)后點(diǎn)擊打印報(bào)告可以打印實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（如圖三），在上面點(diǎn)擊下就會(huì)提示你保存這份報(bào)告，以方便您在外面打印。

6、如要做儀器補(bǔ)償值，請(qǐng)?jiān)趯?shí)驗(yàn)啟動(dòng)前點(diǎn)擊軟件上的“補(bǔ)償測(cè)試”按鈕，會(huì)出現(xiàn)補(bǔ)償值測(cè)試界面（如圖二）。(在做補(bǔ)償值的時(shí)候只要儀表上停了軟件就會(huì)自己動(dòng)停下來(lái)，不要人工去點(diǎn)停止，再說(shuō)軟件上面沒(méi)有可以點(diǎn)擊的)。

7、膨脹系數(shù)計(jì)算方法：

試樣升溫達(dá)到測(cè)試溫度后，根據(jù)顯示結(jié)果可以實(shí)現(xiàn)人工計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理。計(jì)算機(jī)測(cè)試的結(jié)果為整個(gè)過(guò)程溫度點(diǎn)的試樣膨脹系數(shù)，根據(jù)輸出結(jié)果，選擇所需要的點(diǎn)。

  △L_t － K_t

線膨脹百分率計(jì)算公式：  δ= —————×100﹪

L

                        △L_t－ K_t

平均線膨脹系數(shù)計(jì)算公式：α= —————

                        L（t－t₀）

兩公式中：

L：試樣室溫時(shí)的長(zhǎng)度（um）；K_t：測(cè)試系統(tǒng)t時(shí)補(bǔ)償值um

△L_t：試樣加熱t℃時(shí)測(cè)得的線變量即記錄值（um）

t：試樣加熱溫度℃； t₀：試樣加熱前的室溫℃

計(jì)算機(jī)和儀表顯示的位移單位均為um。

儀器的補(bǔ)償值K_t需要用戶自己預(yù)先測(cè)定和計(jì)算，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)程序測(cè)試完成。求補(bǔ)償值K_t方法是：1000℃以下用石英標(biāo)樣；1000℃以上用高純剛玉標(biāo)樣作試樣，進(jìn)行升溫測(cè)試，記錄出標(biāo)樣測(cè)試曲線，曲線中包括了標(biāo)樣、試樣管及測(cè)試桿的綜合膨脹值。而補(bǔ)償值K_t應(yīng)只是試樣管及測(cè)試桿在相應(yīng)溫度下的綜合膨脹值，所以應(yīng)將標(biāo)樣在相應(yīng)溫度下的膨脹值，從測(cè)試數(shù)據(jù)中相應(yīng)溫度下的膨脹量中扣除后剩下的膨脹量即為儀器在相應(yīng)溫度下的補(bǔ)償K_t。而標(biāo)樣的膨脹系數(shù)為已知的，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，不同的標(biāo)樣，用戶自己應(yīng)填充該數(shù)據(jù)庫(kù)。

K_t=△L_t標(biāo)-α_標(biāo)×L_標(biāo)×（t-t₀）

石英標(biāo)樣的膨脹系數(shù)取樣平均值0.55×10^-6/℃

例：若用該儀器測(cè)試1400℃時(shí)的補(bǔ)償值K₁₄₀₀，用剛玉標(biāo)樣升溫、升溫前標(biāo)樣L_標(biāo)=50.1㎜，室溫t₀=20℃ 升溫1400℃時(shí),記錄△LI_{1400標(biāo)}=0.11㎜已知1400℃時(shí)剛玉的平均線膨脹系數(shù)標(biāo)=8.623×10^-6/℃

K₁₄₀₀ =△L_{1400標(biāo)}-α_標(biāo)×L_標(biāo)（1400-20）

      =0.11-8.623×10^-6× 50.1×1380

=0.11-0.596 =-0.486（㎜）

8:軟件操作主要界面

五、調(diào)整與校正

1、膨脹值數(shù)字顯示方式的調(diào)整與校正

①零點(diǎn)：膨脹值采用智能數(shù)字式儀表進(jìn)行顯示，應(yīng)將518P顯示儀表按其說(shuō)明調(diào)整好的所需參數(shù)和量程。開(kāi)啟儀表電源，并接好各線，所顯示不在“0”位，可通過(guò)調(diào)零旋鈕使其回到零點(diǎn)。

②量程校正

將50㎜長(zhǎng)兩端磨平的圓棒放入試樣區(qū)，測(cè)試桿頂緊圓棒，調(diào)節(jié)調(diào)零旋鈕使膨脹值指示儀表2000左右。

2、升溫過(guò)程參數(shù)調(diào)整：

出廠時(shí)已對(duì)升溫過(guò)程各參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，并已鎖定。用戶如若有改變，可參閱518P儀表說(shuō)明書(shū)。智能儀表相當(dāng)于程序給定器，調(diào)節(jié)參數(shù)可任意進(jìn)行，用戶在使用中可以定期對(duì)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。

六、試樣規(guī)范及制備

1、試樣尺寸

圓柱體Ф（50）×50（mm）

2、用戶可根據(jù)自己的工藝要求制作試樣。

七、安裝、保養(yǎng)

1、儀器應(yīng)安裝在穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，周?chē)鸁o(wú)震動(dòng)源，機(jī)械主機(jī)的工作臺(tái)高度應(yīng)低于800㎜。

2、測(cè)溫在1000℃以下的儀器及儀器不需要?dú)鍤獗Ｗo(hù)。

八、產(chǎn)品成套覽表

計(jì) 算 機(jī) 接 口 說(shuō) 明

1、該系統(tǒng)采用RS485通訊,距離可達(dá)1km，可接1～64臺(tái)下位儀表，均采用光電隔離術(shù)。

2、通訊代碼為ASCⅡ  7位碼

3、數(shù)據(jù)格式：起始位：1位；         數(shù)據(jù)位：7位；

效驗(yàn)位：1位，偶效驗(yàn)； 停業(yè)位：1位

4、通訊波特率：4800bps

5、通過(guò)RS232/RS485轉(zhuǎn)換器連接計(jì)算機(jī)的COM2口

9針/25針

                串口                   TXD        TXD

                COM2                    TXD      RXD

轉(zhuǎn)換器        雙絞線連接