CN204988941U - 一种基于比重法的金属材料疲劳损伤试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于比重法的金属材料疲劳损伤试验装置，包括称重模块，所述的称重模块包括称重传感器、放大模块、A/D转换器、数字处理电路、四选一模拟开关、存储器、显示器、反向反馈放大电路和多个按键K；称重传感器、反向反馈放大电路、放大模块、A/D转换器、数字处理电路和显示器依次相连；按键和存储器均与数字处理电路相连；反向反馈放大电路能保障信号不失真。该基于比重法的金属材料疲劳损伤试验装置易于实施，量程可调，测量精度高。

Description

一种基于比重法的金属材料疲劳损伤试验装置

技术领域

本实用新型涉及一种基于比重法的金属材料疲劳损伤试验装置。

背景技术

采用比重法来测量金属材料疲劳损伤的过程中，需要测量金属材料试样的质量，现有的称重装置结构复杂，成本高，且测量精度达不到实验的要求，再者，其量程无法调节，灵活性较差，因此，有必要设计一种新型的称重装置。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于比重法的金属材料疲劳损伤试验装置，该基于比重法的金属材料疲劳损伤试验装置易于实施，量程可调，测量精度高。

实用新型的技术解决方案如下：

一种基于比重法的金属材料疲劳损伤试验装置，包括称重模块，所述的称重模块包括称重传感器、放大模块、A/D转换器、数字处理电路、四选一模拟开关、存储器、显示器、反向反馈放大电路和多个按键K；

称重传感器、反向反馈放大电路、放大模块、A/D转换器、数字处理电路和显示器依次相连；按键和存储器均与数字处理电路相连；

所述的放大模块包括仪用放大器AD620；

称重传感器的输出信号接仪用放大器AD620的反向输入端，仪用放大器AD620的1脚经电阻R1、R2、R3和R4对应接四选一模拟开关的4个信号输入端；且电阻R1、R2、R3和R4的电阻值不同；

仪用放大器AD620的8脚还接四选一模拟开关的输出端；

四选一模拟开关的2个通道选择端分别接数字处理电路的2个输出端口；

仪用放大器AD620的输出端为放大模块的输出端，放大模块的输出端接A/D转换器的输入端；

所述的按键K的第一端通过上拉电阻R0接直流电源正极Vcc，按键K的第二端接地；按键K的第一端接数字处理电路的信号输入端。

所述的A/D转换器采用16位AD转换器芯片AD976A。

所述的显示器为液晶显示屏。

所述的反向反馈放大电路包括4个运算放大器A1、A2、A4和A5和一个反相器A3；

称重传感器输出的电压信号为V1；

运算放大器A1的反向输入端经电阻R21接V1；运算放大器A1的同向输入端接地；运算放大器A1的输出端经电阻Ri接VO，VO为反向反馈放大电路的输出端；

运算放大器A2的输出端经电阻R7接运算放大器A1的反向输入端；运算放大器A2的输出端与反向输入端之间跨接有电阻R24；运算放大器A2的反向输入端经电阻R5接地；运算放大器A2的正向输入端接反相器A3的输出端；

反相器A3的输入端接运算放大器A4的输出端；运算放大器A4的输出端与反向输入端之间跨接有电阻Rv；运算放大器A4的正向输入端经电阻R11接地；运算放大器A4的反向输入端经电阻R10接运算放大器A5的输出端；

运算放大器A5的输出端与反相输入端短接，运算放大器A5的正向输入端接VO。VO即图3中的Vi，反相器为现有技术，其功能为uo＝-ui，即输出信号为输入信号的负值，可以采用A4所述的反相放大电路实现。

数字处理电路为现有成熟的技术，可以采用数字器件搭建，也可以采用集成的处理芯片，如单片机和DSP等，采用单片机或DSP等集成器件时，不涉及到程序和方法。

有益效果：

本实用新型的基于比重法的金属材料疲劳损伤试验装置，其称重模块采用仪用放大器AD620作为放大器，电路简洁，将微弱的信号进行放大，并采用16位的A/D转换器进行模拟-数字转换，因而测量精度高，另外，采用的部件为常用的成熟的部件，易于实施，成本低。

本实用新型的另一大特点在于放大倍数可调，即通过4个不同的电阻、一个四选一模拟开关以及数字处理电路的配合实现了量程的可调，因此，这种称重装置灵活性好。

另外，由于传感器输出的信号到放大模块的距离较长，为避免信号出现衰减或干扰，因此，专门设计了反向反馈放大电路，依据负反馈的原理，保障信号不失真，从而保障了整个称重模块的精度。

附图说明

图1是基于比重法的金属材料疲劳损伤试验装置的总体电路框图；

图2是按键电路原理图；

图3为放大模块的电路原理图；

图4为反向反馈放大电路的原理图。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明：

如图1-4所示，一种基于比重法的金属材料疲劳损伤试验装置，包括称重模块，所述的称重模块包括称重传感器、放大模块、A/D转换器、数字处理电路、四选一模拟开关、存储器、显示器、反向反馈放大电路和多个按键K；

称重传感器、反向反馈放大电路、放大模块、A/D转换器、数字处理电路和显示器依次相连；按键和存储器均与数字处理电路相连；

所述的放大模块包括仪用放大器AD620；

称重传感器的输出信号接仪用放大器AD620的反向输入端，仪用放大器AD620的1脚经电阻R1、R2、R3和R4对应接四选一模拟开关的4个信号输入端；且电阻R1、R2、R3和R4的电阻值不同；

仪用放大器AD620的8脚还接四选一模拟开关的输出端；

四选一模拟开关的2个通道选择端分别接数字处理电路的2个输出端口；

仪用放大器AD620的输出端为放大模块的输出端，放大模块的输出端接A/D转换器的输入端；

所述的按键K的第一端通过上拉电阻R0接直流电源正极Vcc，按键K的第二端接地；按键K的第一端接数字处理电路的信号输入端。

所述的A/D转换器采用16位AD转换器芯片AD976A。

所述的显示器为液晶显示屏。

所述的反向反馈放大电路包括4个运算放大器A1、A2、A4和A5和一个反相器A3；

称重传感器输出的电压信号为V1；

运算放大器A1的反向输入端经电阻R21接V1；运算放大器A1的同向输入端接地；运算放大器A1的输出端经电阻Ri接VO，VO为反向反馈放大电路的输出端；

运算放大器A2的输出端经电阻R7接运算放大器A1的反向输入端；运算放大器A2的输出端与反向输入端之间跨接有电阻R24；运算放大器A2的反向输入端经电阻R5接地；运算放大器A2的正向输入端接反相器A3的输出端；

反相器A3的输入端接运算放大器A4的输出端；运算放大器A4的输出端与反向输入端之间跨接有电阻Rv；运算放大器A4的正向输入端经电阻R11接地；运算放大器A4的反向输入端经电阻R10接运算放大器A5的输出端；

运算放大器A5的输出端与反相输入端短接，运算放大器A5的正向输入端接VO。VO即图3中的Vi，反相器为现有技术，其功能为uo＝-ui，即输出信号为输入信号的负值，可以采用A4所述的反相放大电路实现。

图2中，按键K未按下时，P30处为高电平(Vcc)，按键K按下时，P30处接地，为低电平，由此该电路可以检测按键K是否按下。

这种按键电路为多个，至少一个测量按键和一个去毛重按键。

图3中，AD620作为反向放大器，采用不同的电阻配置，可以获得不同的放大倍数，Uo1为放大模块的输出信号，与A/D转换器相连。

对于AD620，其放大倍数的计算方法为Uo1/Ui＝-(1+49.4k/Ri)；i为1，2，3，4，即Ri对应R1～R4。

四选一模拟开关部分的工作原理说明：四选一模拟开关每次只能选择接通一路信号，由于R1-R4阻值不同，因此，不同阻值对于AD620来说即对应不同的放大倍数，参见公式Uo1/Ui＝-(1+49.4k/Ri)，对应着测量量程不同，四选一模拟开关的功能就是切换电阻通道，通道选择端B1和B0用于选通不同的通道，如B1B0为00时，选通第一通道，01，10和11分别对应选通2，3，4通道。B1和B0的数值由数字处理电路控制。

对图4的反向反馈放大电路的工作原理说明如下：

根据负反馈电路特性，当电路达到稳定且R21＝R7；，必有V1+VF＝0成立，因为，V1和VF的任何偏差，都会引起反馈，自动达到平衡，最终使得V1+VF＝0成立；

因此有：

$VF=VO(-\frac{RV}{R10})(-1)(1+\frac{R4}{R5})$

如果R4＝R5，并且V1＝-VF，精简上述公式，得到：

$VO=-\frac{R10}{2*RV}*V1;$

由于R10和RV都是固定电阻值，因此VO也是固定值。

使用这种称重装置的测量过程为：先称毛重，然后按下去毛键，显示屏提示放入待测重物，重物放入后，再按下测量键，则此时测得的重量减去毛重即为重物的重量(具体的减法运算由数字处理电路中的减法器执行)，重物的重量在显示器中显示，以供读取，即完成一次测量。

Claims (4)

1.一种基于比重法的金属材料疲劳损伤试验装置，其特征在于，包括称重模块，所述的称重模块包括称重传感器、放大模块、A/D转换器、数字处理电路、四选一模拟开关、存储器、显示器、反向反馈放大电路和多个按键K；

称重传感器、反向反馈放大电路、放大模块、A/D转换器、数字处理电路和显示器依次相连；按键和存储器均与数字处理电路相连；

所述的放大模块包括仪用放大器AD620；

称重传感器的输出信号接仪用放大器AD620的反向输入端，仪用放大器AD620的1脚经电阻R1、R2、R3和R4对应接四选一模拟开关的4个信号输入端；且电阻R1、R2、R3和R4的电阻值不同；

仪用放大器AD620的8脚还接四选一模拟开关的输出端；

四选一模拟开关的2个通道选择端分别接数字处理电路的2个输出端口；

仪用放大器AD620的输出端为放大模块的输出端，放大模块的输出端接A/D转换器的输入端；

所述的按键K的第一端通过上拉电阻R0接直流电源正极Vcc，按键K的第二端接地；按键K的第一端接数字处理电路的信号输入端。

2.根据权利要求1所述的基于比重法的金属材料疲劳损伤试验装置，其特征在于，所述的A/D转换器采用16位AD转换器芯片AD976A。

3.根据权利要求1或2所述的基于比重法的金属材料疲劳损伤试验装置，其特征在于，所述的显示器为液晶显示屏。

4.根据权利要求3所述的基于比重法的金属材料疲劳损伤试验装置，其特征在于，所述的反向反馈放大电路包括4个运算放大器A1、A2、A4和A5和一个反相器A3；

称重传感器输出的电压信号为V1；

运算放大器A1的反向输入端经电阻R21接V1；运算放大器A1的同向输入端接地；运算放大器A1的输出端经电阻Ri接V0，V0为反向反馈放大电路的输出端；

运算放大器A2的输出端经电阻R7接运算放大器A1的反向输入端；运算放大器A2的输出端与反向输入端之间跨接有电阻R24；运算放大器A2的反向输入端经电阻R5接地；运算放大器A2的正向输入端接反相器A3的输出端；

反相器A3的输入端接运算放大器A4的输出端；运算放大器A4的输出端与反向输入端之间跨接有电阻Rv；运算放大器A4的正向输入端经电阻R11接地；运算放大器A4的反向输入端经电阻R10接运算放大器A5的输出端；

运算放大器A5的输出端与反相输入端短接，运算放大器A5的正向输入端接V0。