静态应变仪二次开发毕业设计论文

第一章绪论11电测法测试的系统背景工程中广泛使用着各种机械和结构。组成机械和结构的元件称为构件。为了保证构件能安全可靠地工作，要求他必须具有足够的承载能力。因此，衡量构件是否具有足够的承载能力，就要从以下三个方面来考虑。强度强度是指构件在载荷作用下抵抗破坏的能力。例如起重机吊起重物后，其钢丝绳不能被重物拉断；减速箱运转时，其齿轮的轮齿不能被打断。这就要求构件必须具有足够的强度。刚度在载荷作用下，构件的形状和尺寸发生的变化称为变形。构件即使有足够的强度，但变形过大，仍不能正常工作。例如齿轮轴的变形过大时，会使齿轮啮合不良和轴承不均匀磨损，引起噪音。所以对构件工作时产生的变形应有一定的要求，即要求构件必须具有一定的刚度。刚度是指构件在载荷作用下抵抗变形的能力。稳定性有些受压的细长直杆，如房屋立柱的承重，车床的光杠，千斤顶的螺杆，当压力不大时，构件能保持原来直线平衡状态。当压力超过某一定值时，构件会突然变弯而丧失了承载能力，这种现象称为丧失稳定。因此要求构件具有足够的保持原有平衡形态的能力，即要求构件有足够的稳定性。稳定性是指构件在载荷作用下保持原有平衡形态的能力。构件的强度、刚度和稳定性与材料的力学性能有关。材料的力学性能要由实验来测定；因此力学中许多理论分析和计算的结果，也需要实验的验证；一些难以进行理论分析的问题，通常借助实验方法来解决。12软件实现的基本过程DH3818软件是静态应变测试仪的配套软件，其测试系统由数据采集箱、微型计算机及支持软件组成。可自动、准确、可靠、快速测量大型结构、模型及材料应力实验中多点的静态应变应力值。广泛应用于机械制造、土木工程、桥梁建设、航空航天、国防工业、交通运输等领域。若配接适当的应变式传感器，也可对多点静态的力、压力、扭矩、位移、温度等物理量进行测量。他工作于WIN9X操作系统，该软件实现了文件管理、参数设置、平衡操作、采样控制、数据查询、打印控制等功能。而本次设计就是用VB程序来实现DH3818静态应变测试仪软件的主要功能，作到用VB程序可以实现与静态应变测试仪之间进行串口通讯，即两者之间的串口通讯协议能互相识别，从而能指挥静态应变测试仪完成文件管理、参数设置、平衡操作、采样控制、数据查询等功能,并可以作到将采回的数据用相应的方法和计算公式得出由线应变表示的相当应力来，根据四个强度理论和相当应力的比较来服务于实际。13总体设计方法1总体设计任务本次设计的总体设计任务是根据对静态应变测试仪的市场需求和相关用户的要求，对设计任务进行分析研究，按所设计仪器的用途、使用条件、经济条件及生产条件，从全局出发正确的选择设计用到的主要技术参数并进行合理布置。具体内容如下掌握静应力测试系统的搭建方法，掌握与测试相关的理论力学和材料力学知识，设计出静应力不同的测试方案，利用相关公式进行数据处理，掌握VB程序设计方法，完成整个测试系统的构建，进行相关英文资料的翻译和整理，书写毕业论文。2总体设计的一般程序对于本次设计来说，总体设计的一般程序可以按以下几个阶段进行。进行调查研究、制定设计原则这一阶段的主要任务是深入领会设计方针，明确基本技术要求，了解仪器的使用范围，同时还要了解国家对技术的先进性、产品系列化和生产方面的要求，这是总体设计的基本前提，这一阶段的主要工作是进行相关资料的收集，查询相关的生产、使用调查以及系统掌握DH3818静态应变测试仪配套软件的使用方法。通过对仪器进行相关的技术分析，确定合理的设计方案。通常将设想画成总体方案图，进行分析和改进，不断完善总体方案。系统学习力学（材料力学、理论力学）和VB程序设计方面的知识。这一阶段的主要任务是系统学习力学和VB程序设计方面的知识，掌握其中和本次设计密切相关的内容，作到能将之熟练运用于实际的程序编写中，另一方面，要努力学习静态应变测试仪的使用说明书，熟练掌握静态应变测试仪的使用方法，为以后的编写程序和实测数据打下良好的基础。根据整理好的力学中的相关公式编写程序这一阶段的主要任务是将力学中用到的相关公式整理出来，制作成相应的表格，以便以后书写说明书是使用。然后，在老师的帮助下，仿照DH3818静态应变测试仪的配套软件的主界面用VB系统制作相应的采样和分析界面，最后将上述的相关公式编写到VB程序中，使之能达到与DH3818静态应变测试仪的配套软件基本相同的功能。调试程序这一阶段的主要任务是将编写好的程序在老师的指导下进行系统的调试工作，使程序能正常运行。要求发现程序中的问题并及时解决。根据设计任务书完善程序并作到任务书中规定的任务这一阶段的主要任务是了解设计任务书中的下达的任务并努力将之完成。完善已调试好的程序，如对程序中界面的美观性进行改进等。书写设计说明书并完成答辩这一阶段的主要任务是将以上学习和设计的主要工作和主要设计成果以书面格式展现出来，并将之编定成册。最后在答辩完成后作为最后成品上交。14测试技术的重要性和发展趋势141测试技术的重要性测试的基本任务是获取有用的信息。首先是检测出被测对象的有关信息，然后加以处理，最后将其结果提供给观察者或输入其他信息处理装置、控制系统。因此，测试技术是属于信息科学范畴，是信息技术三大支柱（测试控制技术、计算技术和通信技术）之一。测量是以确定被测物属性量值为目的的全部操作。测试是具有试验性质的测量，或者可理解为测量和试验的综合。人类在从事社会生产、经济交往和科学研究活动中，都与测试技术息息相关。测试是人类认识客观世界的手段，是科学研究的基本方法。科学的基本目的在于客观地描述自然界。科学定律是定量的定律。科学探索需要测试技术，用准确而简明的定量关系和数学语言来表述科学规律和理论也需要测试技术，检验科学理论和规律的正确性同样需要测试技术。可以认为精确的测试是科学的根基。在工程技术领域中，工程研究、产品开发、生产监督、质量控制和性能试验等，都离不开测试技术。特别近代工程技术广泛应用着的自动控制技术已越来越多地运用测试技术，测试装置已成为控制系统的重要组成部分。甚至在日常生活用具，如汽车、家用电器等方面也离不开测试技术。总之，测试技术已广泛地应用于工农业生产、科学研究、国内外贸易、国防建设、交通运输、医疗卫生、环境保护和人民生活的各个方面，起着越来越重要的作用，成为国民经济发展和社会进步的一项必不可少的重要基础技术。因而，使用先进的测试技术也就成为经济高度发展和科技现代化的重要标志之一。机械工业担负着装备国民经济各个部门的任务。在改革开放的过程中，机械工业面临着更新产品、革新生产技术、改善经营管理、提高产品质量、提高经济效益和参与国际市场竞争的挑战。测试技术将是机械工业对付上述挑战的基础技术之一。142测试技术的发展现代测试技术，既是促进科技发展的重要技术，又是科学技术发展的结果。现代科技的发展不断地向测试技术提出新的要求，推动测试技术的发展。与此同时，测试技术迅速吸取和综合各个科技领域（如物理学、化学、材料科学、微电子学、计算机科学和工艺学等）的新成就，开发出新的方法和装置。近年来，新技术的兴起促使测试技术蓬勃发展，尤其在以下几个方面的发展最为突出1电路设计的改进广泛采用运算放大器和各种集成电路，大大简化了测试系统，提高了系统特性。例如有效地减小了负载效应，线性误差，等等。2新型传感器层出不穷，可测量迅速增多当今世界已拥有极高水平的各种电子设备和信息技术。传感器是信息之源头，只有拥有良好而多样的传感器，才能在非电量的自然界中有效地使用这些设备和技术。有人认为支配了传感器技术，就能把握住新时代。能不能开发出上乘的测试装置，关键也在于传感器的开发和应用。3广泛应用信息技术信息技术，特别是计算机技术和信息处理技术，使测试技术产生了巨大变化，大幅度地提高测试系统的精确度、测量能力和工作效率；引进许多新的分析手段和方法，使测试系统具有实时分析、记忆、逻辑决断、自校、自适应控制和某些补偿能力，向着智能化发展。4多参量测量系统的开发由于出现各种廉价传感器和实时处理装置，为开发多种传感器和多种参量测试系统提供了可能性。这种测量系统可实现多自变量函数的测量，是自动控制系统必不可少的装置。它也广泛应用于设备的监测和组成线型或面型传感器阵列进行图像或场量的测试。15主要研究内容及要达到的目的本说明书主要研究的内容及要达到的目的如下1整理所学到的力学知识和测试方面的知识，作出软件编制所用的公式表。2采用面向对象方法对静态应变测试系统的性能仿真进行了分析，建立了系统的对象模型和功能模型。3对静态应变测试系统进行模块划分，建立了静态应变测试系统相应的标准模块。4建立了静态应变测试系统的数据采样、显示、分析的数学模型。5编制静态应变测试系统整体性能仿真软件。本说明书的研究是沿着以下思路进行的，首先，采用当前流行的面向对象的分析技术，对静态应变测试系统进行分析，建立系统对象模型。其次，运用模块化理论，对静态应变测试系统进行模块划分，收集信息，建立标准模块。然后，构建主控程序框架，编写程序，进行测试。软件开发所使用的语言为VISUALBISIC60第二章静态测试系统的数学模型21力学研究的主要方向若载荷是缓慢地由零逐渐增加到某一定值，以后保持不变或变动很小时，称为静载荷，如房屋对地基的压力。如果载荷随时间变化时，称为动载荷。如锻造时气锤受到的载荷，急刹车时飞轮的轮轴受到的载荷等。构件在静载荷和动载荷作用下，分析方法不同，材料的性能也不同。本章主要介绍与设计有关的静载荷方面的知识。如静态应力测试的两个方面单向应力状态和平面应力状态的应变的测量以及前期的关于应变和应力转换方面的相关公式推导和应力校核等方面的知识，下面分节对此进行讲解。22应变与应力介绍1线应变和剪应变力学中研究的构件，大都具有足够的约束。在受到外力后，不会产生整体位移，但会产生变形。力学仅研究构件受力后，由于变形而产生的位移。为了便于分析研究，常把构件分成无数个非常微小的正六面体。当六面体的边长趋于无限小时称为单元体。单元体的变形可用线应变和剪应变来度量。线应变如图21所示，从构件内某点K周围取出边长为X、Y和Z的正六面体。若边长X变形后改变了U，则U称为绝对变形（绝对伸长或绝对缩短）。显然U的大小与所取的X有关。设在X内各处的变形程度相同，则比值U/X表示在MX内每单位长度的伸长或缩短，称为平均线应变。若在X内各处的变形不同，M可取X趋近于零时比的极限值XULID图21称为K点沿X方向的线应变简称应变，他表示K点沿X方向变化的程度，是无量纲量。剪应变将图21所示正六面体的各边都缩小为无穷小时，即为单元体。单元体的各棱边除可能有长度变化外，还可能发生相互垂直的两棱边之间直角的改变。其改变量称为剪应变，也是无量纲量，常用弧度来测量。线应变和剪应变是度量构件内一点处变形程度的两个基本量。如把构件内每个单元体的变形积累起来，就是构件整体变形。实验结果表明，在弹性范围内，正应力与线应变成正比；剪应力与剪应变成正比。应力与应变之间的关系将在以后24和25中详细讨论。2应力应用截面法可以求得构件任何截面上的合力。但它不能说明构件截面上某点内力的强弱程度。为此引出了应力的概念。在受力构件的截面上，围绕一点K取一很小的面积A，A上分布内力的合力为P。显然P的大小和方向与K点的位置和A的大小有关。在A范围内，单位面积的内力平均集度为A称为在A上的平均应力，他是个矢量。一般截面的内力系不是均匀分布的，因此，P平均应力随所取面积的大小而不同。所以他还不能准确地说明内力在截面上K点处的强弱程度。当A趋近于零时，的大小和方向都趋于一定极限，即PPAPDP即为分布内力系在K点的集度，称为截面上的应力。应力是一个矢量，一般情况下不与截面垂直，也不与截面相切。因此需把应力P分解成垂直与截面的分量和切于截面的分量。称为正应力，称为剪应力，它们都是矢量。应力的量纲是力/面积。在国际单位制中，应力的单位是牛/平方米，称为帕斯卡或简称帕。由于这个单位太小，通常使用的是兆帕，即MPA。23变形的基本假设和基本形式力学中对构成构件的变形固体，作出如下基本假设1连续性假设认为组成变形固体的物质毫无空隙地充满了变形固体的几何空间。实际上组成固体的粒子之间是有空隙的，是不连续的。但粒子之间的空隙与构件的尺寸相比，极其微小，在宏观的讨论中，可以忽略不计。2均匀性假设认为在变形固体的体积内，各处的力学性能完全相同。就工程中使用最多的金属来说，组成金属的每个晶粒的力学性能并不完全相同。但构件的一部分中，包含了无数多晶粒，而且他们是无规律的排列着，在宏观领域内其力学性能是各晶粒力学性能的统计平均值。因此可以认为构件内各部分的性质是相同的，不随其位置而改变。根据此假设，可以从构件中取出任意一小部分进行分析，然后将所得结果应用于整个构件。也可以把通过试样测得的力学性能应用于构件任何部分。3各向同性假设认为变形固体在各个方向上的力学性能完全相同，具有这种属性的材料称为各向同性材料。实验证明，按这种理想化的材料模型研究问题所得结论能很好的符合实际情况。即使应用于具有方向性的材料，也可以得到较满意的结果。在各个方向上具有不同力学性能的材料称为各向异性材料，如木材、轧制钢材、胶合板等。4小变形条件在小变形条件下，研究构件的平衡和运动时，可以忽略构件的变形，按构件变形前的原始尺寸进行分析计算。这样可以使分析计算大大简化，产生的误差也很小。若构件产生的变形过大，超出了小变形条件，则属大变形问题，需要用弹性力学来解决。力学中主要研究等直杆。等直杆的理论一般也可以近似地应用于曲率很小的曲杆和横截面沿轴线变化缓慢的变截面杆。杆件在外力作用下的变形，可归纳为基本变形和组合变形。杆件的基本变形有以下四种。1轴向拉伸或压缩作用于杆件上的外力或外力合力的作用线与杆轴线重合时，杆的变形为沿轴线方向的拉伸或压缩。起重机的钢丝绳，汽缸或活塞的活塞杆和千斤顶的螺杆的变形都属于拉伸或压缩变形。2剪切作用于杆件两个侧面且与轴线垂直的外力，大小相等，方向相反，作用线相距很近时，使两个力之间的各截面发生相对错动。一些连接件如铆钉、销、键等都产生剪切变形。3扭转在杆的两端作用着大小相等，转向相反且作用平面垂直于杆轴的力偶，使杆的任意两横截面发生饶轴线的相对转动。汽车的传动轴，车床的光杠等都产生扭转变形。4弯曲外力都作用在杆件的纵向平面内且与杆轴垂直使轴线由直线变成曲线。如火车轮轴、桥式起重机大梁、房屋的梁等都属于弯曲变形。若杆件同时产生几种变形，称为组合变形。24单向应力状态时的应力241单臂状态下的应力与应变的关系1轴向变形实验表明，直杆受拉时，轴向尺寸增大，横向尺寸减小；直杆受压时，轴向尺寸减小，横向尺寸增大。杆件在轴线方向的伸长称为绝对变形。其拉伸时为正，压缩时为负。它表示整个杆件的总的变形量，不能说明杆件的变形程度如何。度量杆件变形程度的大小，必须消除杆件原有尺寸的影响。在均匀变形中，用杆的伸长量除以得杆件沿轴线方向的相对变形式中称为杆件轴线方向的线应变LL或简称线应变，是无量纲量，拉伸时为正，压缩时为负。2虎克定律当杆内应力在一定范围（比例极限）内，杆的伸长（或压缩）L与拉力P和杆的原长L成正比与杆的横截面积成反比即L引入E且令NP则APLEN（21）如果杆的轴力N或横截面面积在各段不同时，则应分段计算每段杆的变形量LI，然后求代数和即得整个杆的总变形L。LNIL1NIEAN1（22）式中NI杆的每段内的轴力LI每段的杆长EI每段材料的弹性模量AI每段的横截面面积将式（21）等号两边除以杆长L，即EAN得或E（23）式为虎克定律的另一种表达式，即实验表明，当应力不超过材料的比例极限时，正应力与线应变成正比。式（22）就是单向应力状态时应力与应变的关系。242半桥与全桥状态下应力与应变的关系电桥如下图所示图22电桥四个桥臂电阻分别为、和、。在电桥的A、C两端接电源，其电压R1234为U。B、D两端为输出端。由电工原理知，桥臂上的电流为、分别为I12R/（），U/（）I11234BD端输出电压为UU241R244321R当输出电压U0时，称电桥平衡，即2设此时电桥处于平衡状态,即电桥满足上式,则设每个电阻分别改变了、R12、R34则UU（/）/121R23421即25KU34这种接线方法称为全桥接法。进行测量时，有时只在A、B和B、C端接应变片，此时26412这种接线方法称为半桥接法。将式25、26代入上节式22中得到单向应力状态时半桥和全桥的应力值243单向应力状态时的应力校核1强度条件根据以上对拉压杆截面上应力的研究可知,随着杆件所受外力的增加,应力也随之增加,但应力的增加不是没有限度的,当应力达到某一值时,构件就会发生破坏而不能工作工程中把某种原因不能正常工作称为失效构件失效时的应力称为失效应力其值由实验测定综上所述,为了使拉压杆能安全可靠的工作,必须满足的条件是杆内最大工作压力不得超过材料的许用应力,即27ANMAX这就是轴向拉伸或压缩时杆件的强度条件2强度条件的应用强度校核杆件所受的外力、横截面面积和材料的许用应力均为已知，检测杆件是否满足强度条件，称为强度校核。ANMAX设计截面杆件所受的外力和材料的许用应力均为已知，根据强度条件可确定横截面面积为，称为设计截面。确定许可载荷已知杆件的横截面面积和材料的许用应力，根据强度条件确定杆件允许承受的轴力最大值，再由静力关系确定杆件或结构能够承担的最大载ANMAX荷，即许可载荷P25平面应力状态251直角应变花时的应力单元体任意截面上的应力由平衡方程0和0，推出NT任意斜截面上的正应力和剪应力的随角度的函数为2XCOS2YI2XYSICO（）/2（）/22XY2SIN282YXSINXYCOS为求正应力的极值，将上式对取导数，得229D2YXSINXY2COS若时，导数0，则在所确定的平面上，正应力有极值。0D0以代入上式，并令其等于零，得002102YX0SINXY02COS最后得到211XYXYX22MINA2因为主应力就是最大或最小的正应力，因此主应力的值就可以用正应力来表示。由广义虎克定律表达式有212XYXYXYXXEG121整理后，可得到用应变表示应力的广义虎克定律213XYXYXYYYXXE12122将上式代入211式后，可得用一点的应变表示的主应力2142MAXIN1212XYYXX以及主应力方向215YXTG0因为，电测法中，线应变可由应变片直接测量，角应变也可由相应的公式求出，这样就可以求出主应力。特别的，当为直角应变花时如下图所示角规定从X轴开始旋转，则，由平面应力状态分X0450Y90析公式SINCOSXCOS2YIN2XY2162SINCOSXY及4502900XY可得到用应变花的线应变表示的角应变为2XY090450将上式代入式214和215中，得到用直角应变花的线应变表示的主应力为90120MAXINE2174522及主应力方向为TG221809045200式217即为平面应力状态下直角应变花时的应力值。252等角应变花时的应力等角应变花应变片分布情况见图1图23若采用等角应变花测量，则。由上式216得出X06041X3YXY421920XYXY将上面的两个方程式联立解得（）Y326012030（）220XY00将上述两式代入式214中，可得到12060130MAXINE22101222和主应力方向TG2222012062300式221和222即为平面应力状态下等角应变花时的应力值。253平面应力状态的相当应力（应力校核）1第一强度理论这一理论认为不论材料处在什么应力状态，引起材料发生脆性断裂的原因是最大拉应力（0）达到了某个极限值（）。1MAX0根据这一理论，可利用单向拉伸实验建立复杂应力状态下的强度计算准则。如果在单向拉伸的情况下，横截面上的拉应力达到时，材料发生断裂，这样就可预测0在复杂应力状态下，当单元体内的最大拉应力（）增大到同样的时，也1MAX0会发生脆性断裂。即断裂准则为脆性材料轴向拉伸断裂时，同10B时考虑到一定的安全储备，根据这一强度理论建立的强度条件为2231N0B式中为第一主应力，且必须为拉应力。12第二强度理论这一理论认为不论材料处在什么应力状态，引起材料发生脆性断裂的原因是最大拉应变（0）达到了某个极限值（）。1MAX0根据这一理论，可利用单向拉伸实验建立复杂应力状态下的强度计算准则。如果在单向拉伸时，最大伸长线应变的方向为轴线方向。材料发生脆性断裂时，应力与应变仍服从虎克定律，根据这一强度理论可以预测在复杂应力状态下，当单元体内的最大伸长线应变（）也增大到同样的时，1MAX0材料就会发生脆性断裂。即断裂准则为对于复杂应力状态，可由广1EB01义虎克定律公式求得21E32124强度理论建立的强度条件为2253213第三强度理论这一理论认为不论材料处在什么应力状态，引起材料发生屈服的原因是最大剪应力（）达到了某个极限值（）。MAX0根据这一理论，在单向应力状态下引起材料屈服的原因是斜截面上的最大剪应力45（）达到了极限数值，即此时。因此，当复杂应MAX2/02/SMAX2/S0力状态下的最大剪应力达到了此极限值时，也发生屈服，即MAX2/S0三向应力状态下的最大剪应力为（）/2，MAX31代入上式，简化后得到这一理论的屈服准则为226S因此，这一强度理论的强度条件为227314第四强度理论这一理论认为不论材料处在什么应力状态，引起材料发生屈服的原因是由于形状改变比能（）达到了某个极限值（）。UFUF0因为，单向拉伸时的形状改变比能为UF213E当工作压力达到时，材料发生屈服，此时的形状改变比能为SUF0231SE那么，按照这一理论，复杂应力状态的形状改变比能达到这一极限值时，材料也发生屈服，即UF231SEFS由此得到复杂应力状态的形状改变比能为228FE6113222联立两式，得到22961132222SE化简后得2302122S因此这一强度理论的强度条件为2311321222由以上四点可以求得平面应力状态时的相当应力。第三章基础和理论知识构建31静态应变仪311系统概述DH3818静态应变测试系统由数据采集箱、微型计算机及支持软件组成。可自动、准确、可靠、快速测量大型结构、模型及材料应力实验中多点的静态应变应力值。广泛应用于机械制造、土木工程、桥梁建设、航空航天、国防工业、交通运输等领域。若配接适当的应变式传感器，也可对多点静态的力、压力、扭矩、位移、温度等物理量进行测量。特点；为学生实验室专门设计；手控状态时，大屏数码管显示测量通道和输入应变量，且可通过功能键显示通道、修正系数及平衡操作；程控状态时，和笔记本电脑RS232口进行数据通讯，最大程度上满足了对便携式仪器的要求，可方便地应用于野外测试；自动平衡；内置标准电阻，全桥、半桥、1/4桥（公用补偿片）连接方便。312主要技术指标测量点数每台静态应变仪最多可测10点，每台计算机控制一台静态应变仪；程控状态下采样速率10测点秒；测试应变范围19999；分辨率1；系统不确定度小于053（程控状态）；零漂42H；自动平衡范围15000,灵敏度系数K2,120应变计阻值误差的15；测量结果修正系数范围0000099999（手动状态）；外形尺寸320MM长200MM（高）100MM（深）；电源电压220V10，50HZ1。313工作原理一、测量原理以14桥、120桥臂电阻为例对测量原理进行说明。如图1所示图31测量原理图中RG为测量片电阻，R为固定电阻，为低漂移差动放大器增益，KF因VI025EGK,即VOVI025EGK,KFF所以式中VFOEG4式中VI为直流电桥的输出电压EG为桥压（V）K为应变计灵敏度系数为输入应变量VO为低漂移仪表放大器的输出电压（）V为放大器的增益F当EG2VK2时V/K0F对于1/2桥电路FOEGK2对于全桥电路F这样，测量结果由软件加以修正即可。二、软件功能（程控状态）本系统的控制软件工作于WIN9X操作系统，软件实现了文件管理、参数设置、平衡操作、采样控制、数据查询、打印控制等功能。文件管理包括打开文件、数据备分、文件删除、数据格式转化等功能。1打开文件选择存有试验数据的文件，打开即可浏览所有采样数据。2数据备分；选择“文件”下“另存到”操作，可将数据发送到软盘保存。3删除文件当数据文件不再需要时，为避免占有硬盘存贮空间，可将之永久删除。4文本转换可将本数据文件格式转化为与WORD兼容的文本格式，为用户调用数据另作处理提供接口。参数设置包括装入配置、平衡结果下传、设置工作测点、设置测点特性、电桥及试件参数设置、应变花设置。1装入配置系统自动保留关机前采集箱设定参数，但当所测参数和以前某一次试验参数相同时，可调入该次实验数据文件中的设置参数，以避免重复输入设置。2平衡结果下传系统在进行平衡操作后自动保存平衡结果数据，当发生突然断电或试验当天不能结束时，可在下次开机后，先查找机箱，再进行平衡结果下传操作，可自动恢复工作机箱状态，保证试验继续进行。3工作测点设置分别设置各采集箱的起使测点和结束测点，并定义每个采集箱应变测量和温度测量，若采集箱配接热电偶，选择温度测量，输入热电偶的分度号和冷端温度，则系统就可对多点温度进行准确测量。测量结果精度可自定义采样结果的小数点位数。4测点特性设置当配接其它桥式传感器时，可根据传感器的灵敏度对每个测点分别输入修正系数，并设置被测物理量的单位，描述设置可输入用户在实际测量中对每一测点的自定义，供在测量中显示及打印输出。所有设置在紧缩模式下对整个机箱所有测点有效，在展开模式下只对选择的测点有效。5电桥及试件参数设置输入应变计电阻、导线电阻、灵敏度系数、桥路方式，实现对测量结果的自动修正。输入被测试件材料的弹性模量和泊松比，供测量结果的修正及应力和应变花计算。（注导线电阻的修正，请参阅软件帮助中长导线的修正公式计算误差，如认为此误差可忽略，则无需修正导线电阻；灵敏度系数的修正根据用户所使用的应变计灵敏度系数而定义；桥路方式在测试过程中必须按1/4桥定义，不需要修改。）6应变花设置系统预设了两片直角应变花、三片45直角应变花、60等边三角形应变花、伞形应变花、扇形应变花五种常用贴片方法以供选择。采样控制包括查找机箱、平衡操作、试采样、单次采样、定时采样、XY记录仪。1查找机箱系统将自动查找已经进入系统的工作机箱，以自动设置系统的数据库范围。2平衡操作完成所有工作机箱或单台机箱的自动平衡，显示平衡结果数据，并在软件设计时，采用多种方式防止用户的误操作，以免丢失有用数据。3试采样操作每次采样只显示结果但不存盘，供试验开始前预调平衡时使用。4单次采样输入自定义的试验状态，控制系统采样，自动存盘，并显示当前采样数据。5定时采样设置采样时间间隔和采样次数，系统将根据要求自动采样。当设置的采样时间间隔小于本仪器采样速率指标时，系统将连续采样。6XY记录仪将任意两点的测量数据定义为X轴和Y轴，边采样边绘制其合成曲线，其它测点则按单点采样的方式直接存硬盘。显示设置包括显示方式设置、数据翻屏、删除当前记录、显示采样信息等功能。1显示方式可设置成显示应变、应力、应变花、XY记录仪,在数据查询时可根据采样状态或采样时间信息直接定位到某一次采样数据。双击显示测点列表中某测点，该测点在数据显示和打印时将自动隐藏，但不能改变硬盘内的原始数据。2数据翻屏可选择显示前一次数据或后一次数据。3删除当前记录当某次采样数据无效时，可将其从文件中删除。4采样信息可显示机箱的平衡时间、试验第一次采样时间、最后一次采样时间、采样次数等信息。打印设置包括打印机设置、打印页面设置、打印输出等功能。1打印机设置当安装了多台打印机时，可根据需要选择当前所使用的打印机，如只安装了一台打印机，则不必设置。2打印页面设置选择在一页纸上的输出表格数、表格格式等。3打印输出选择此操作后即把当前所选择数据或打印页面设置的数据输出到打印机。其它功能1当前有数据显示时，单击鼠标右键，屏上将出现测点编号和测点描述选择以及历史数据显示选择。A测点编号显示显示的数据按机器定义的测点编号显示；B测点描述显示显示的数据按3224所述用户自定义的测点描述显示；C历史数据显示可分别显示某一测点平衡操作后。历次采样的数据或曲线。314、数据采集箱的使用方法一、数据采集箱的面板功能（前面板如图2，后面板如图3）A手动控制指示。B自动控制指示。C通道号显示数码管。图32前面板D应变量及设置修正系数的显示数码管。E通道号选择键，按此键，则通道号递减。F通道号选择键，按此键，则通道号递增。图33后面板G平衡键，按此键，则平衡C所指示的通道号。H应变量指示，当此灯亮表示D显示的是C所指示的通道号对应的应变量。I修正系数指示，当此灯亮表示D显示的修正系数。此时修正系数值的改变可通过K、L、M键来设置。J设置键，按此键可在应变量与修正系数之间切换显示。K移位键，按此键则数码管依次从左到右移位，此键在修改修正系数时有效。L减量键按此键则闪烁的数码管显示值减1，此键在修改修正系数时有效。M增量键按此键则闪烁的数码管显示值加1，此键在修改修正系数时有效。NRS232通讯接口，此接口通过一根通讯电缆与计算机的RS232通讯接口相连。O接地端子。P保险丝座。Q仪器电源开关。R220V电源输入插座。二、桥路的连接修正结果如下1灵敏度系数的修正IK2式中为测量应变量为实际应变量I为应变计灵敏度系数I2长导线的修正将工作片用两根长导线接至DH3818（1/4桥公用补偿片）IR12式中为测量应变量为实际应变量IR为应变计的阻值R1为单根长导线的阻值将工作片和补偿片的一端连接成公共线后再用三根引线至DH3818（半桥连接、1/4桥连接结果）IR1式中为测量应变量为实际应变量IR为应变计的阻值R1为单根长导线的阻值将工作片接成半桥电路，然后用三根长导线接至DH3818I1式中为测量应变量为实际应变量IR为应变计的阻值R1为单根长导线的阻值将应变计接成半桥电路，然后用四根长导线接至DH3818IR12式中为测量应变量为实际应变量IR为应变计的阻值R1为单根长导线的阻值3应变计阻值的修正全桥和半桥状态桥路为卧式桥，测量结果和等臂桥相同；1/4桥（公用补偿片）状态桥路为立式桥，则IR42/102/式中为测量应变量为实际应变量IR为应变计的阻值应该说明，只有当R与120相差较大时，才需修正，如当R130时，引起的误差为016。4修正系数的修正IK式中为测量应变量为实际应变量IK为所设置的修正系数三、操作流程1“自动控制”软件操作A查找机箱选择合适的串行口COM1或COM2；B平衡操作若不覆盖原文件，则必须要点击“更改”，输入自定义文件名，然后单击“平衡”按扭；若需要显示平衡结果，请点击“显示平衡结果”可选框；若存在不平衡点，在“未平衡测点数”下拉式列表框中显示不平衡点，找出不平衡原因。C参数设置具体操作祥见322，参数重新设置后，必须先平衡操作再采样，否则易出错或造成死机；D采样操作试采样、单次采样、定时采样祥见3233至3235；E显示结果具体祥见324；F数据处理文本转换及打印数据祥见3214及325。2“手动控制”操作打开系统电源或关闭系统自动控制软件，则系统处于“手动控制”状态下，面板功能祥见41。四、注意事项1所有RS232C通讯电缆的连接必须在计算机和数据采集箱断电状态下进行。2在平衡操作过程中，当出现误操作，将有效数据文件覆盖，可用以下方法将其恢复在数据文件的存放目录下，找到与其对应的BAK文件，将其更名为TST即可。3有关导线电阻的说明方式一，导线电阻为两根导线之和。方式二、三、四，将应变计分别用两根导线接至数据采集箱，导线电阻为两根导线电阻之和。若将两组应变计的一端连接成公共线后再引线至数据采集箱，导线电阻为单根导线电阻。4所有连线必须牢固可靠，建议与端子连接用焊锡焊牢。5接通电源，系统就可正常工作，若精确测量，请预热三十分钟。6系统必须良好接地，接地点为电源插座的接地端。系统接地不好，将产生一定的漂移，稳定度也将受到影响。7全桥连接时，交换VI和VI的连接，可以改变输出信号的极性。8每通道各测点所有RG、RD及R的对外连接线均应尽量短，长度也应相等。9在WIN9X环境下，平衡开始前，必须先查找机箱，计算机自动进行设备检测，出现相应的提示框。10湿度较大的环境下使用本仪器，零漂将明显增加。11应避免将仪器置于强电场中使用。12输入、输出电缆线应尽量避免靠近电力线、变压器及其它干扰源。13切勿在过高温度和湿度的条件下使用和存放仪器，切勿将仪器直接在阳光下暴晒。14采集箱必须放置在合适的位置上使用，切勿将其倾斜或倒置使用。15仪器在进入定时采样前，应将WIN9X中的屏幕保护程序去掉，即设置为“无”。同时应避免计算机进入睡眠状态和节电模式。32传感器中的相关知识321传感器的选用原则传感器是将各种非电量（包括物理量、化学量、生物量等）按一定的规律转换成便于处理和传输的另一种物理量（一般为电量）的装置。它一般由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成，有时还需要加辅助电源。随着现代测量、控制和自动化技术的发展，传感器技术越来越受到人们的重视。特别是近年来，由于科学技术、经济发展及生态平衡的需要，传感器在各个领域中的作用也日益显著。在工业生产自动化、能源、交通、灾害预测、安全防卫、环境保护、医疗卫生等方面所开发的各种传感器，不仅能代替人的感官功能，并且在检测人的感官所不能感受的参数方面创造了十分有利的条件。工业生产中，它起到了工业耳目的作用。在微型计算机广为普及的今天，如果没有各种各样的传感器提供准确、可靠的信息，计算机的控制就难以实现。因此，近几年来传感器技术的应用研究在许多工业发达的国家中已经得到普遍重视。传感器的选用原则大致如下1灵敏度一般讲，传感器灵敏度越高越好，因为灵敏度越高，意味着传感器所能感知的变化量越小，被测量稍有微小变化时，传感器就有较大的输出。当然也考虑到，当灵敏度越高时，与测量信号无关的外界干扰也愈容易混入，并被放大装置放大。这时必须考虑既要检测微小变量，又要干扰小。为保证此点，往往要求信噪比愈大愈好，既要求传感器本身噪声小，且不易从外界引入干扰。2响应特性在所测频率范围内，传感器的响应特性必须满足不失真测量条件。此外，实际传感器的响应总有一定延迟，但总希望延迟时间愈短愈好。在动态测量中，传感器的响应特性对测试结果有直接影响，在选用时，应充分考虑到被测物理量的变化特点（如稳态、瞬变、随机等）3线性范围任何传感器都有一定的线性范围，在线性范围内输出与输入成正比关系。线性范围愈宽，则表明传感器的工作量程愈大。传感器在线性区域内，是保证测量精确度的基本条件。然而任何传感器都不容易保证其绝对线性，在许可限度内，可以在其近似线性区域应用。4可靠性可靠性是传感器和一切测量装置的生命。可靠性是指仪器、装置等产品在规定的条件下，在规定的时间内可完成规定功能的能力。只有产品的性能参数均处于规定的误差范围内，方能视为可完成规定的功能。为了保证传感器应用中具有高的可靠性，事先须选用设计、制造良好，使用条件适宜的传感器；使用过程中，应严格保持规定的使用条件，尽量减轻使用条件的不利影响。5精确度传感器的精确度表示传感器的输出与被测量真值一致的程度。传感器处于测试系统的输入端，因此，传感器能否真实的反映被测量值，对整个测试系统具有直接影响。然而，也并非要求传感器的精确度越高越好，因为还应考虑到经济性。6测量方式传感器在实际条件下的工作方式也是选用传感器时应考虑的重要因素。工作方式不同对传感器要求亦不同。综合以上选用传感器的原则，本次设计选用金属应变片式传感器。322金属应变片式传感器金属应变片式传感器的核心元件是金属应变片，它可将试件上的应变变化转换成电阻变化。应变式传感器已成为目前非电量电测技术中非重要的检测手段，广泛地应用于工程测量和科学实验中。它具有以下特点精度高，测量范围广。对测力传感器而言，量程从零点几N至几百KN，精度可达005FS（FS表示满量程）；对测压传感器，量程从几十PA至PA，精度为1001FS。应力测量范围一般可由数个微应变至数千个微应变。频率响应特性较好。一般电阻应变式传感器的响应时间为秒，半导体应变式7传感器可达秒，若能在弹性元件上采取措施，则应变式传感器可测几十甚至10上百KHZ的动态过程。结构简单，尺寸小，质量轻。因此应变片粘贴在被测试件上对其工作状态和应力分布的影响很小。同时使用维修方便。可在高（低）温、高速、高压、强烈振动、强磁场及核辐射和化学腐蚀等恶劣条件下正常工作。易于实现小型化、固态化。随着大规模集成电路工艺的发展，目前已有将测量电路甚至A/D转换器与传感器组成一个整体。传感器可直接接入计算机进行数据处理。价格低廉，品种多样，便于选择。本次设计选用的应变片为金属箔式应变片，其工作原理基本和电阻丝式应变片相同。但金属箔式应变片相比较于电阻丝式应变片有以下特点金属箔栅很薄，因而它所感受的应力状态与试件表面的应力状态更为接近。其次，当箔材和丝材具有同样的表面积时，箔材与粘结层的接触面积比丝材大，使它能更好地和试件共同工作。第三，箔栅的端部较宽，横向效应较小，因而提高了应变测量的精度。箔材表面积较大，散热条件好，故允许通过较大电流，因而可以输出较大信号，提高了测量灵敏度。箔栅的尺寸准确、均匀，且能制成任意形状，特别是为制造应变花和小标距应变片提供了条件，从而扩大了应变片的使用范围。便于成批生产。其测量电路如下图34电桥线路原理图电阻应变片的测量电路多采用直流电桥（配交流放大器），其原理和直流电桥相似。直流电桥如图34所示当电源E为电势源，其内阻为零时，根据等效发电机原理可求出检流计中流过的电流为IG，由此可得其输出电压为314321241RRREUG实际使用时一般多采用等臂电桥或对称电桥，下面分别进行介绍。等臂电桥当R1R2R3R4时，称为等臂电桥。此时式31可写为324321232143RRREUG一般情况下，很小，略去上式中的高阶分量，则有4G334321EK第一对称电桥若电桥桥臂两两相等，则称为第一对称电桥，实际上它是半等臂电桥。设R1有一增量R，则得到输出电压为2/RUEG3414上式表明第一对称电桥的输出电压与等臂电桥相同，这时输出电压与应变成正比。323应变式传感器的缺点和补偿1应变式传感器的缺点是在大应变状态中具有较明显的非线性，半导体应变式传感器的非线性更为严重；应变式传感器输出信号微弱，故它的抗干扰能力较差，因此信号线需要采取屏蔽措施；应变式传感器测出的只是一点或应变栅范围内的平均应变，不能显示应力场中应力梯度的变化等。尽管应变式传感器存在上述缺点，但可采取一定的补偿措施，如温度补偿。2温度补偿单丝自补偿应变片每一种材料的被测试件，其线膨胀系数都为确定值，可以在有关的材料手册中查到。在选择应变片时，若应变片的敏感栅是用单一的合金丝制成，并使其电阻温度系数和线膨胀系数满足相应的条件，即可实现温度自补偿。具有这种敏感栅的应变片称为单丝自补偿应变片。单丝自补偿应变片的优点是结构简单，制作和使用都比较方便，但它必须在具有一定线膨胀系数材料的试件上使用，否则不能达到温度自补偿的目的。双丝组合式自补偿应变片这种应变片是由两种不同电阻温度系数（一种为正值，一种为负值）的材料组成敏感栅，以达到一定的温度范围内在一定材料的试件上实现温度补偿的。这种方法的优点是；制造时，可以调节两段敏感栅的丝长，以实现对某种材料的试件在一定温度范围内获得较好的温度补偿。第四章静态测试软件的系统设计与实现41VB程序设计的功能介绍本章简单地介绍VISUALBASIC60（以下简称VB60）语言。通过本章可以了解VB的语言特征、功能特点、编程基础以及简单的程序设计方法。411VB简介VISUALBASIC最早是由MICROSOFT公司在1991年推出的，刚推出的VISUALBASIC也有缺陷，功能也相对少一些。经过MICROSOFT公司的不断努力，1993年推出的VB30已初具规模，进入实用阶段，利用VB可快速地创建多媒体、图形界面等的应用程序。1995年、1997年和1998年相继推出的VB40、VB50和VB60在开发环境、功能上进一步完善和扩充，尤其在数据库管理、网络应用方面更胜一筹，使得VB成为许多程序员首选的编程工具。本书主要介绍VB60中文版。VB60包括三个版本，分别为学习版（LEARNING）、专业版（PROFESSIONAL）和企业版（ENTERPRISE）。1学习版是VB60的基础版本，是针对初学者学习和使用的。包括所有的内部控件，以及网络、数据绑定等控件。2专业版针对计算机专家，除了具有学习版的全部功能外，还包括ACTIVEX、INTERNET控件开发工具、动态HTML页面设计等高级特性。3企业版VB60的最高版本，除具有专业版的全部功能外，还包括一个BACKOFFICE特殊工具。本书使用的是VB60企业版（中文），但介绍的内容尽可能与版本无关，如果屏幕显示的有些内容与你的系统不同，就是版本不同的缘故。412VB功能特点VB主要功能特点如下1具有面向对象的可视化设计工具在VB中，应用面向对象的程序设计方法（OOP），把程序和数据封装起来视为一个对象，每个对象都是可视的。程序员在设计时只需用现有工具根据界面设计的要求，直接在屏幕上“画”出窗口、菜单、按钮、滚动条等不同类型的对象，并为每个对象设置属性。程序员的编程工作仅编写针对对象要完成哪些功能的程序，因而程序设计的效率可提高许多。2事件驱动的编程机制事件驱动是非常适合图形用户界面的编程方式。传统的编程方式是一种面向过程，按程序事先设计的流程运行。但在图形用户界面的应用程序中，用户的动作即事件掌握着程序的运行流向，每个事件都能驱动一段程序的运行。程序员只要编写响应用户动作的代码，各个动作之间不一定有联系。这样的应用程序代码较短，使得程序既易于编写又易于维护。3提供了易学易用的应用程序集成开发环境在VB集成开发环境中，用户可设计界面、编写代码、调试程序，直至把应用程序编译成可执行文件，在WINDOWS中运行，使用户在友好的开发环境中工作。4结构化的程序设计语言VB具有丰富的数据类型、众多内部函数和结构化程序结构，而且简单易学。5支持多种数据库系统的访问利用数据控件或ODBC能够访问的数据库系统有，MICROSOFTACCESS、BTRIEVE、DBASE、MICROSOFTFOXPRO和PARADOX等，也可访问M