馮 全,趙 迪,黃新躍,張志華,王 亮,張燕明

(北京航空材料研究院,北京100095)

一個(gè)高溫持久/蠕變測(cè)控溫及試驗(yàn)管理系統(tǒng)

馮 全,趙 迪,黃新躍,張志華,王 亮,張燕明

(北京航空材料研究院,北京100095)

介紹了采用測(cè)控分開(kāi)形式對(duì)近百臺(tái)五六十年代制造的高溫持久/蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)控溫系統(tǒng)改造的工作。改造后的控溫系統(tǒng)創(chuàng)造了不同熱電偶數(shù)量(測(cè)控溫共偶,1～3支)都可實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣溫度和梯度的穩(wěn)定控制,系統(tǒng)具有較強(qiáng)抗外界干擾能力,而且控溫過(guò)程中對(duì)電網(wǎng)無(wú)干擾。測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量誤差≤±0.1%FS。測(cè)控溫系統(tǒng)采取單爐閉環(huán)控制、30臺(tái)集中巡回檢測(cè)的方法,并針對(duì)多臺(tái)試驗(yàn)機(jī)且不同時(shí)啟停的特點(diǎn)合理編程,建立了一個(gè)有特色的具備人/機(jī)共同管理功能的自動(dòng)化試驗(yàn)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)在十余年的連續(xù)運(yùn)行中,穩(wěn)定可靠,經(jīng)濟(jì)效益顯著,是一個(gè)適用的高溫持久/蠕變測(cè)控溫及試驗(yàn)過(guò)程管理系統(tǒng)。

持久/蠕變;測(cè)控分開(kāi);閉環(huán)控制

高溫持久/蠕變性能是評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)材料的重要指標(biāo),幾乎所有的發(fā)動(dòng)機(jī)材料都需要進(jìn)行持久/蠕變性能試驗(yàn),北京航空材料研究院早在20世紀(jì)50年代成立之時(shí),就建立了高溫持久/蠕變?cè)囼?yàn)室,開(kāi)始從事此項(xiàng)性能試驗(yàn)工作。55年來(lái),通過(guò)試驗(yàn)提供了大量的金屬材料在高溫狀態(tài)下的使用壽命和為開(kāi)展材料研究、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的測(cè)試數(shù)據(jù)。20世紀(jì)末,航空事業(yè)加快發(fā)展,持久/蠕變?cè)囼?yàn)任務(wù)量急劇增長(zhǎng),該試驗(yàn)室近百臺(tái)產(chǎn)于五六十年代、多國(guó)、多型號(hào)的機(jī)械式試驗(yàn)機(jī)(見(jiàn)圖1),雖然主機(jī)部分尚好仍然可用,但高溫系統(tǒng)只在70年代進(jìn)行了改造,又因老化且功能落后到了再次升級(jí)改造之時(shí)。

1 高溫持久/蠕變?cè)囼?yàn)簡(jiǎn)介和高溫系統(tǒng)需求

高溫持久/蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)用做金屬與合金高溫拉伸持久強(qiáng)度極限和高溫拉伸蠕變等項(xiàng)試驗(yàn),試驗(yàn)機(jī)由機(jī)架、加荷系統(tǒng)、高溫系統(tǒng)組成,高溫系統(tǒng)由加熱爐、溫度控制和溫度測(cè)量系統(tǒng)組成。

圖1 近百臺(tái)高溫持久/蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)Fig.1 Hundred rupture/creep testing machines

試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)員根據(jù)爐溫、負(fù)荷選擇適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)機(jī),將試樣安裝在爐內(nèi)中心軸加力拉桿上;按照試樣規(guī)格在試樣上綁不同數(shù)量的測(cè)溫?zé)犭娕?多數(shù)試樣計(jì)算長(zhǎng)度為50mm,要綁二支熱電偶;缺口試樣為25mm,綁一支熱電偶在缺口上;標(biāo)準(zhǔn)試樣為100mm(很少),要綁三支熱電偶。準(zhǔn)備工作完成就開(kāi)始試驗(yàn),溫度控制系統(tǒng)按照試驗(yàn)要求控制加熱爐電源的通斷,實(shí)現(xiàn)升溫、保溫。溫度測(cè)量系統(tǒng)在試驗(yàn)中為了保證試樣計(jì)算長(zhǎng)度內(nèi)溫度波動(dòng)(實(shí)測(cè)溫度與試驗(yàn)溫度之差)和溫度梯度(在任意瞬間試樣所有被測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)溫度的最高與最低值之差)符合要求,整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程都要按照試驗(yàn)方法[1,2]規(guī)定的時(shí)間間隔進(jìn)行測(cè)溫。

從做試驗(yàn)的角度出發(fā)十分需要一個(gè)自動(dòng)化程度高的測(cè)控溫系統(tǒng),但什么樣的系統(tǒng)適合它們呢?也是在20世紀(jì)末,曾嘗試過(guò)用一臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)三臺(tái)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行全自動(dòng)化的管理[3],系統(tǒng)正常時(shí)充分解放人力,但是加力平衡系統(tǒng)的指針有微動(dòng)的現(xiàn)象,經(jīng)分析是控溫系統(tǒng)有微量的震蕩,用控制理論解釋其原因是由于控制過(guò)程中的“快”與“準(zhǔn)”不能共同兼得所致;另外還有更重要的問(wèn)題,由于硬件系統(tǒng)有許多接點(diǎn)、模塊、接插件還有計(jì)算機(jī),長(zhǎng)時(shí)運(yùn)行難免要出現(xiàn)不同程度的問(wèn)題,最終引起測(cè)控結(jié)果的不準(zhǔn)確,但早期很難發(fā)現(xiàn),等到發(fā)現(xiàn)很可能已經(jīng)釀成試驗(yàn)事故。因此在大規(guī)模的試驗(yàn)系統(tǒng)中提出如下的系統(tǒng)需求:

(1)系統(tǒng)可靠性:通常高溫系統(tǒng)的測(cè)控溫系統(tǒng)分為測(cè)控一體/測(cè)控分開(kāi),測(cè)控一體是控溫系統(tǒng)對(duì)溫度進(jìn)行采樣、模/數(shù)轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換值用于控溫,同時(shí)又被測(cè)溫系統(tǒng)用于顯示和記錄,如果因系統(tǒng)任意環(huán)節(jié)出錯(cuò)而造成得到的模/數(shù)轉(zhuǎn)換值異常,測(cè)、控溫的結(jié)果都將是錯(cuò)誤的,但不易察覺(jué),前面所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就屬此系統(tǒng);測(cè)控分開(kāi)則是測(cè)控溫系統(tǒng)各自對(duì)溫度進(jìn)行采樣、模/數(shù)轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換值分別用于控溫和顯示、記錄,當(dāng)兩個(gè)系統(tǒng)的顯示值出現(xiàn)異常時(shí),必有一方出了故障,可以人工排查,利用這種自監(jiān)督能力,就能避免系統(tǒng)故障的發(fā)生,因此要選擇測(cè)控分開(kāi)系統(tǒng)。

(2)直接控溫:目前流行的加熱爐多為三段加熱體組成,控溫時(shí)用三支置于爐壁的控溫?zé)犭娕紝?duì)試樣溫度進(jìn)行間接控溫,由于測(cè)/控溫位置有一定距離,需要等到爐體整個(gè)空間溫度場(chǎng)達(dá)到平衡,試樣溫度才能穩(wěn)定,控溫時(shí)難于給出準(zhǔn)確的控制量,試樣溫度無(wú)法快速調(diào)節(jié)。依據(jù)控制理論,要獲得最好的控制結(jié)果,就要對(duì)變量進(jìn)行直接控制[4]的原則,把溫度控制點(diǎn)移至試樣上。

(3)防超調(diào)抗干擾:大規(guī)模試驗(yàn)室近百臺(tái)平均功率4kW以上的加熱爐要提供試驗(yàn)需求的溫度,電源會(huì)頻繁地被接通/斷開(kāi),控溫系統(tǒng)要選擇具備防超調(diào)的數(shù)字溫度控制裝置和抗外界干擾能力強(qiáng)又對(duì)電網(wǎng)無(wú)干擾的硬件產(chǎn)品。

(4)測(cè)溫系統(tǒng):由于高溫材料耐溫提高幾十?dāng)z氏度都將對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)提高一大步,因此,首先要建立高準(zhǔn)確度的測(cè)量系統(tǒng),保證能提供準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)。為保持與試驗(yàn)方法中獨(dú)立測(cè)溫儀表的誤差精度相同,要求系統(tǒng)測(cè)量誤差≤±0.1%FS。

(5)試驗(yàn)過(guò)程自動(dòng)化管理:測(cè)溫系統(tǒng)加入計(jì)算機(jī),在滿足試驗(yàn)方法要求的前提下編出適合多臺(tái)試驗(yàn)機(jī)不同時(shí)啟停的測(cè)溫及試驗(yàn)過(guò)程管理程序,讓計(jì)算機(jī)自動(dòng)管理試驗(yàn)過(guò)程。

2 測(cè)/控溫系統(tǒng)改造方案分析

針對(duì)系統(tǒng)需求,對(duì)改造方案加以分析。

要建立一個(gè)可靠、準(zhǔn)確的測(cè)控分開(kāi)自監(jiān)督系統(tǒng),可以有很多方法實(shí)現(xiàn),考慮到我院持久/蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)的數(shù)量大、型號(hào)多,加熱爐的不一致:爐膛直徑大小不同,加熱爐絲有兩段和三段的;做900℃以下試驗(yàn)的中溫爐由220V直接給爐絲供電;做1200℃以下試驗(yàn)的高溫爐,通過(guò)變壓器將市電轉(zhuǎn)換成最大25V/100A再給爐絲供電。要對(duì)這些各不相同的對(duì)象實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的溫度控制和測(cè)量,最好的辦法就是單爐閉環(huán)控制、多爐集中巡回檢測(cè),它的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)時(shí)的根據(jù)各加熱爐的特性給出最適合自身的控制規(guī)律,在閉環(huán)控制中實(shí)現(xiàn)精確控制,保證溫度穩(wěn)定;而集中巡回檢測(cè)由于資源共用,可以選擇高精度測(cè)量裝置和計(jì)算機(jī),同時(shí)通過(guò)提高熱電偶冷端補(bǔ)償?shù)木?再以適當(dāng)犧牲時(shí)間換取精度的辦法提高系統(tǒng)精度,為達(dá)到系統(tǒng)測(cè)量誤差≤±0.1%FS提供必要條件。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)選用優(yōu)秀品牌的通用儀表和器件,它可以保證設(shè)計(jì)的成熟和系統(tǒng)的可靠[5],為系統(tǒng)推廣和在用系統(tǒng)的維修提供強(qiáng)大的硬件支持,也可以解決系統(tǒng)產(chǎn)品老化后升級(jí)的問(wèn)題。

要想對(duì)試樣溫度直接控制,首先要對(duì)加熱爐體進(jìn)行改造減小熱慣性,再將控溫?zé)犭娕家浦翜y(cè)溫點(diǎn),但是受試樣的尺寸所限測(cè)控?zé)犭娕贾荒芄灿?并且如前所述熱電偶的數(shù)量是不固定的,因此,必須研制出采取溫度閉環(huán)控制,梯度部分自動(dòng)調(diào)節(jié)加手動(dòng)調(diào)節(jié)的硬件產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣溫度和梯度的穩(wěn)定控制,同時(shí)產(chǎn)品中應(yīng)滿足對(duì)電網(wǎng)無(wú)干擾、抗外界干擾能力的問(wèn)題。

為了使得測(cè)溫和試驗(yàn)管理系統(tǒng)適用,要改變流行的那種依次采樣的測(cè)量方式,針對(duì)試驗(yàn)機(jī)規(guī)模大、試驗(yàn)不同時(shí)啟停、試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的特殊需求,設(shè)計(jì)出適用的自動(dòng)巡回采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)為了便于對(duì)試驗(yàn)過(guò)程的集中觀察,設(shè)計(jì)的人機(jī)主界面數(shù)據(jù)顯示內(nèi)容應(yīng)包含:設(shè)定溫度、試樣各偶的溫度、加荷時(shí)間、累計(jì)時(shí)間;各種超差報(bào)警應(yīng)齊全并以聲和屏幕提示的方式給出。還有,除了完整的按照試驗(yàn)要求自動(dòng)記錄上述顯示內(nèi)容、報(bào)警記錄、過(guò)程狀態(tài)提示,還要具備系統(tǒng)的可維護(hù)性,要有人工隨機(jī)抽查/保存測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)的功能。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

遵從方案分析中所定原則,設(shè)計(jì)了單爐閉環(huán)控制、30臺(tái)集中巡回檢測(cè)的系統(tǒng),其中單爐閉環(huán)控制有兩種形式:第一種是在首期改造經(jīng)費(fèi)十分有限又要盡可能多的改造舊系統(tǒng)的情況下,選擇了對(duì)二段爐絲的控溫系統(tǒng)進(jìn)行改造,它采用取試樣上1支熱電偶信號(hào)、利用一塊智能表的單閉環(huán)控制回路對(duì)那個(gè)控溫點(diǎn)控溫,對(duì)沒(méi)有閉環(huán)控制的那組爐絲,采用手動(dòng)調(diào)梯度分配爐絲功率,保持爐內(nèi)溫度場(chǎng)恒定,實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣溫度的直接控制。于2000年驗(yàn)收通過(guò)。第二種是支持試樣上綁3,2,1支熱電偶,利用兩塊控溫表組成兩個(gè)閉環(huán)控制回路控溫,對(duì)三段/二段爐絲的控溫系統(tǒng)進(jìn)行了改造,由于有兩個(gè)閉環(huán)控制回路,對(duì)兩段爐絲的加熱爐可以實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣上的控溫點(diǎn)自動(dòng)控制溫度和自動(dòng)調(diào)節(jié)梯度;對(duì)于三段爐絲的加熱爐,沒(méi)有閉環(huán)控制的第三組爐絲,也采用上述手動(dòng)調(diào)梯度的方法,實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣溫度直接控制。

集中巡回檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理相同,只是選用的硬件和軟件編程平臺(tái)有差別,就不展開(kāi)表述,下面以單智能表控溫的測(cè)控溫系統(tǒng)加以介紹,原理圖如圖2所示。

圖2 測(cè)控溫系統(tǒng)原理示意圖Fig.2 Principle block-diagram of the temperature measuring and controlling system

3.1 系統(tǒng)組成

單爐溫度控制系統(tǒng):主要由1塊山武公司SDC31型3.5位數(shù)字顯示,示值誤差0.2%FS的數(shù)字調(diào)節(jié)儀作為控溫表(它能提供標(biāo)準(zhǔn)PID、能進(jìn)行過(guò)程診斷和超調(diào)抑制等先進(jìn)的神經(jīng)/模糊控制,具有熱電偶短路、斷路報(bào)警等功能)、一支熱電偶、兩個(gè)電位器、一塊多通道觸發(fā)板、兩個(gè)過(guò)零型固態(tài)繼電器等組成;

巡回檢測(cè)系統(tǒng):主要由 1臺(tái)計(jì)算機(jī)、1塊KEITHL EY公司6.5位數(shù)字多用表,1個(gè)多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)裝置、60支(每爐2支或1支)熱電偶輸入信號(hào)、測(cè)冷端溫度用的熱電阻,以及自編寫(xiě)的試驗(yàn)過(guò)程管理程序組成。

3.2 工作原理

控溫系統(tǒng):試驗(yàn)中,在爐內(nèi)試樣上通常綁2支熱電偶的情況下,將1支測(cè)控溫共用的熱電偶熱電勢(shì)信號(hào)實(shí)時(shí)傳送至控溫表,控溫表對(duì)其進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換并顯示,模/數(shù)轉(zhuǎn)換值與設(shè)定值進(jìn)行比較,按照事先經(jīng)人工智能神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)自整定系統(tǒng),對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行最佳控制參數(shù)計(jì)算得出控制量,通過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換變成標(biāo)準(zhǔn)電量輸出,該路輸出信號(hào)給兩個(gè)電位器,人工根據(jù)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)節(jié)(既手動(dòng)調(diào)梯度,梯度調(diào)節(jié)只有在試樣溫度梯度不滿足試驗(yàn)要求時(shí)才調(diào)整,否則一直維持不變),變?yōu)橐欢üβ时鹊膬山M信號(hào)傳遞給多路觸發(fā)板,觸發(fā)板再以周波過(guò)零調(diào)功觸發(fā)方式輸出,驅(qū)動(dòng)兩個(gè)固態(tài)繼電器,對(duì)爐體的二段爐絲電源進(jìn)行控制,完成一個(gè)閉環(huán)控制過(guò)程;如果試樣只綁1支熱電偶,電位器維持以往綁2支熱電偶時(shí)的功率比,只對(duì)1支熱電偶溫度進(jìn)行控制。

巡回檢測(cè)系統(tǒng):計(jì)算機(jī)按周期巡回對(duì)熱電阻(室溫)和各試樣上綁的全部熱電偶的溫度,逐點(diǎn)經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)進(jìn)行采樣,自多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)裝置的輸出端送至6.5位數(shù)字多用表,經(jīng)高精度的A/D轉(zhuǎn)換并以通訊方式把兩個(gè)數(shù)字量送給計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)利用熱電勢(shì)補(bǔ)正法⑹和誤差修正得到實(shí)際試樣溫度,并將冷端溫度和各試樣溫度集中顯示在計(jì)算機(jī)主界面上,這些數(shù)據(jù)按試驗(yàn)方法的要求進(jìn)行保存;試樣溫度要與設(shè)定值比較,比較后如果超差,計(jì)算機(jī)將會(huì)報(bào)出“溫度超差”或“梯度超差”的提示,此時(shí)由人工對(duì)控溫表的設(shè)定值加以修改或?qū)蓚€(gè)電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)。

4 改造結(jié)果

經(jīng)過(guò)此次改造,近百臺(tái)的老試驗(yàn)機(jī)性能大大提升,十余年來(lái),該測(cè)/控溫系統(tǒng)運(yùn)行可靠,雖然兩個(gè)系統(tǒng)都有問(wèn)題出現(xiàn),但故障顯示及時(shí)且排查故障方法簡(jiǎn)便,很快可以解決,不足以對(duì)長(zhǎng)時(shí)試驗(yàn)的結(jié)果造成不良影響,充分顯示出了測(cè)控溫分開(kāi)系統(tǒng)的適用性;特別要加以介紹的是:

(1)控溫系統(tǒng)在爐體改造為熱慣性小的前提下,全部采用對(duì)試樣溫度直接控制,控制方式與流行的間接控溫相比:節(jié)約成本(無(wú)需一定要3支偶、3塊控溫表;3,2,1支熱電偶均可,最多兩塊控溫表),快速調(diào)節(jié)試樣溫度,保證試驗(yàn)過(guò)程升溫迅速、溫度更穩(wěn)定,代價(jià)是要人工手動(dòng)調(diào)梯度。通用性好:對(duì)不同尺寸試樣上綁不同數(shù)量的熱電偶,最終都能使試樣溫度獲得良好的直接控制;準(zhǔn):閉環(huán)控溫可以得到精確控制;快:與間接控溫相比,試樣溫度到達(dá)試驗(yàn)設(shè)定值的控溫時(shí)間,平均縮短了一半,提高了設(shè)備資源利用率、節(jié)能。

(2)閉環(huán)控制系統(tǒng)中加入的觸發(fā)板,采用周波過(guò)零調(diào)功觸發(fā)方式輸出,對(duì)電網(wǎng)無(wú)干擾;抗外界干擾能力強(qiáng);還具有線性功率補(bǔ)償能力:當(dāng)外電壓波動(dòng)±10%,輸出功率波動(dòng)<3%,能進(jìn)一步提高控制精度,試驗(yàn)中直觀上看,試樣溫度保溫后,控溫表的測(cè)量值和設(shè)定值保持一致,優(yōu)于其他類型高溫爐控溫表上測(cè)量值多變的形式。

(3)十余年來(lái),通過(guò)對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中每月進(jìn)行的溫度示值月抽查和每年一次的系統(tǒng)溫度校準(zhǔn)可知,該系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差和年穩(wěn)定性都保持在±0.1%FS,以同一臺(tái)試驗(yàn)機(jī)近年內(nèi)的溫度測(cè)量和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)(S型熱電偶)的匯總為據(jù),見(jiàn)表1和表2。

表1 試驗(yàn)過(guò)程中的溫度測(cè)量數(shù)據(jù)Table 1 The temperature measuring data during test process

表2 溫度測(cè)量系統(tǒng)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)Table 2 The calibration data of temperature measuring system

(4)本次改造由于計(jì)算機(jī)巡回采集系統(tǒng)硬件和試驗(yàn)過(guò)程管理程序設(shè)計(jì)合理,使得測(cè)溫和試驗(yàn)過(guò)程管理自動(dòng)化融為一體,替換了原本單一的手動(dòng)測(cè)溫系統(tǒng),該巡回采集系統(tǒng)在滿足試驗(yàn)方法要求的同時(shí),可以對(duì)30個(gè)試驗(yàn)過(guò)程按照改造方案分析中的需求進(jìn)行管理,試驗(yàn)中在原始試驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入后,一經(jīng)升溫,計(jì)算機(jī)就忠實(shí)的對(duì)該試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行測(cè)溫、比較、超差報(bào)警,過(guò)程提示,直至試驗(yàn)結(jié)束。全過(guò)程管理方式靈活,便于操作,保留了全自動(dòng)計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)中的全部報(bào)警功能[5],具有自動(dòng)測(cè)溫、顯示簡(jiǎn)潔、存儲(chǔ)過(guò)程數(shù)據(jù)完整、報(bào)警實(shí)時(shí)的特點(diǎn),大大降低了試驗(yàn)員的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了試驗(yàn)溫度的準(zhǔn)確性;所設(shè)計(jì)的人工隨機(jī)抽查/保存測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)功能,在故障排查、驗(yàn)證溫度示值準(zhǔn)確性和每年一次的溫度系統(tǒng)校準(zhǔn)中起到重要作用;在試驗(yàn)中如果出現(xiàn)意外情況,系統(tǒng)還允許暫停/重新啟動(dòng)試驗(yàn),事件在試驗(yàn)記錄中保存而試驗(yàn)數(shù)據(jù)連續(xù)記錄,這些使得自動(dòng)化管理系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)“一言堂”變?yōu)槿藱C(jī)共同管理的格局,保證試驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù)更完整、有效,為試驗(yàn)結(jié)果的分析提供更有力的依據(jù)。由此得到試驗(yàn)員和試驗(yàn)委托方的認(rèn)可和贊賞。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文所述的高溫持久/蠕變測(cè)控溫及試驗(yàn)管理系統(tǒng),它選擇了具有監(jiān)督機(jī)制的測(cè)控溫系統(tǒng)分開(kāi)方式(不包含熱電偶),搭建出一個(gè)長(zhǎng)時(shí)可靠、穩(wěn)定、準(zhǔn)確、快捷、適用的持久/蠕變測(cè)控溫及試驗(yàn)過(guò)程管理系統(tǒng)。使得各高溫爐內(nèi)試樣溫度調(diào)節(jié)迅速、控溫準(zhǔn)確;溫度測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、各試驗(yàn)機(jī)溫度數(shù)據(jù)和試驗(yàn)過(guò)程的記錄完整,從而為測(cè)定金屬試樣不高于1200℃的恒定溫度和恒定拉伸負(fù)荷作用下的高溫拉伸持久強(qiáng)度和蠕變性能,為材料研究、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了更可靠的測(cè)試數(shù)據(jù),且數(shù)據(jù)可追溯性也大大提高。近年來(lái),該試驗(yàn)室在新增大量高溫持久/蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)時(shí),本系統(tǒng)又推廣應(yīng)用到了那些試驗(yàn)機(jī)的高溫系統(tǒng)中,它不失為長(zhǎng)年連續(xù)試驗(yàn)且試驗(yàn)種類復(fù)雜而繁多的大規(guī)模試驗(yàn)室的一種可推廣方案。

[1] HB5151—96,金屬高溫拉伸蠕變?cè)囼?yàn)方法[S].

[2] HB5150—96,金屬高溫拉伸持久試驗(yàn)方法[S].

[3] 馮全,黃新躍,譚衛(wèi)東.蠕變/持久試驗(yàn)機(jī)的全數(shù)字式計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制試驗(yàn)系統(tǒng)[J].材料工程,2003,(8):36-38.

[4] 緒方勝?gòu)?現(xiàn)代控制工程[M].北京:科學(xué)出版社,1978.4.

[5] 汪笑梅,樂(lè)吉?jiǎng)?包宜佳.集散型控制系統(tǒng)在大型汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子試驗(yàn)監(jiān)控中的應(yīng)用[J].測(cè)控技術(shù),2000,19:39-40.

[6] 袁希光.傳感器技術(shù)手冊(cè)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1986.801.

A Temperature Measuring/Controlling and Experimental Management System for Stress-rupture/Creep Test Machines

FENG Quan,ZHAO Di,HUANG Xin-yue,ZHAN G Zhi-hua,WANG Liang,ZHANG Yan-ming
(Beijing Institute of Aeronautical Materials,Beijing 100095,China)

This paper describes a temperature measuring and controlling system for hundred old creep testing machines,which have been used around 50 years.The unique design strategy of the developed system is to use independent control and measurement equipments.Under the controlling of the developed system the temperature gradient on specimen is stable even if the specimen length varies,in which case the thermocouple number is different.An effective filtering policy is used so that the temperature measuring and controlling system is not sensitive to the power surges.And the controlling system itself does not make current surges to the power system.The accuracy of the measuring system is less than±0.1%full scale.The measuring system monitors the temperatures in groups of 30 creep test machines.A computer management software is programmed to scan and record the temperatures of each test machines.The friendly interface of the software allows easy operation and creep testing automation.The temperature measuring and controlling system has been running for about 10 years reliably.A great amount of testing works have been carried out by these testing machines equipped with the developed temperature measuring/controlling system.

rupture/creep;measuring/controlling separately;loop-locked control

TP273;TG113.25

A

1001-4381(2011)07-0070-05

2011-02-15;

2011-05-30

馮全(1956-),女,工程師,從事計(jì)算機(jī)在試驗(yàn)設(shè)備中的應(yīng)用開(kāi)發(fā)維護(hù),聯(lián)系地址:北京81信箱23分箱(100095),E-mail:quan.feng@biam.ac.cn