多通道称重传感器蠕变测试系统方案及应用

黄海波

摘 要：为提高称重传感器蠕变测试的检测精度和生产效率，本文介绍了如何利用计算机控制系统和载荷砝码加载机改造传统手工传感器蠕变检测方式，通过串口通信对多台精密测试仪表数据采集及PLC控制自动加载砝码，研发出一套多通道，操作简便，稳定性强，实时传输能力快速的自动化检测设备，并已在本单位生产实际中得以应用。

关键词：称重传感器；蠕变测试；串口通信

中图分类号： TH715 文献标志码：A

0 引言

蠕变是影响电阻应变称重传感器的精确度和长期稳定性的重要因素， 蠕变测试是此类传感器研究﹑开发﹑生产和验收过程中必不可少的一项工作。常规的测试方式是实验人员手工加载砝码，然后按照一定的时间间隔依次读取和记录传感器的输出值， 然后再根据规定的计算公式求出相应的技术指标，由于人工观测及记录数据很烦琐，手工加载砝码一致性比较差，若能将此项工作自动化，不但可以弥补人工测量的不足，减少劳动强度，提高测量的准确性及工作效率，而且测试数据保存在数据库，有助于计算机通过数据分析对传感器的蠕变特性的深入研究和了解。

1 系统构成

本文的蠕变测试系统由按钮输入模块、条码扫描模块、仪表数据采集模块、PLC输出控制模块、载荷砝码加载机等组成，称重传感器按规定要求安装在加载测试治具，传感器通过电缆线与6000精密数字测量仪的输入端连接，然后各通道精密仪表的数据通过多串口卡实时传到计算机进行数据处理。自动加载砝码部分则是由上位机通过RS485与PLC通信，PLC的I/O采集外部按钮信号，输出控制电磁阀驱动气缸实现载荷发生设备砝码自动加载及卸载。

2 系统设计

2.1 蠕变自动测试系统的原理

根据测试要求，在进行蠕变实验时，应先对被测传感器施加3次预载荷， 观察预加载后零点输出变化，待传感器零点输出稳定后尽快无冲击地加载砝码，然后读出加载后的初始输出值，而后在规定的测试时间按一定的时间间隔依次读取加载和卸载输出值。每次采样后，可自动在计算机屏幕显示每个通道测量值及判断蠕变等级。操作者只需将称重传感器装安装到放到載荷发生设备的工装上，由计算机软件对多通道的精密数字测量仪采集后的数据进行分别处理，对称重传感器的蠕变、零点差和回零数据按设计的标准判断自动判断蠕变等级分类放置，测试数据存入计算机数据库，为后期产品统计和质量追溯提供数据支持。

2.2 蠕变测试载荷净重加载机设计

该设备可用于批量化高精度称重传感器生产测试，在载荷发生设备的设计中主要考虑因素有：力值精确，自动定位，加载稳定，结构简单，制造成本低廉。为实现以上要求，针对性的设计制作这套砝码自动加载蠕变测试机：（1）该设备采用砝码作为力源，确保了加载力值的准确性和一致性；（2）使用气缸作为执行件，上吊挂与气缸直接连接，下吊挂与砝码连接，通过气缸的上下运动来模拟人工加载与卸载动作，结构简单，维修方便，成本低廉。（3）通过加载台面和工装的定位设计以及设气缸垂直升降的导向机构确保了垂直加载点的一致性。（4）加载稳定性是至关重要的，为解决该问题，首先通过节流阀调速控制气缸下降速度缓慢平稳，上升速度及时迅速。（5）在加载的系统中采用插销式砝码结构，便于切换不同量程的载荷（10kg～100kg），使用方便。净重式蠕变加载机如图1所示。

3 智能化的软件操控

本系统以Visual C# 2010作为软件开发平台，采用多线程技术来实现8个通道数据并发处理，通过ADO.NET 连接后台数据库Microsoft SQL2008，根据蠕变测试方法的需要编制测试软件，实现智能仪表数据采集和蠕变加载机的协调工作。人机界面丰富，操作简单，只需设定好产品的相关测试参数，点击软件开始或按钮，之后可实现全过程自动化测试，测试流程固定，并可以根据产品测试需要调整测试时间及蠕变等级标准，该软件还具有以下功能：控制加载设备按设定时间对产品加载及卸载砝码；自动识别称重传感器加载、卸载起始时间；测试过程中自动记录测试数据并计算、判断蠕变等级，异常报警；测试结束后保存数据在远程数据库方便查询；查询数据及统计功能。

4 串口通信及PLC控制技术

在本系统的开发中使用到PLC控制技术，在工业环境中具有非常高的可靠性和抗干扰性，通信周期所用时间也完全能满足实时控制要求，实现了计算机同步控制净重式蠕变加载机及采集输入控制按钮信号。净重式蠕变加载机主要控制件是24V直流电磁阀，为了实现精密测量仪数字采集与设备加载部分的同步运行，使用PLC对8台净重式蠕变加载机进行时序控制，首先设定好通信参数（波特率，数据位，奇偶校验等），然后在计算机上通过RS485与PLC进行实时通信控制，从而实现了数据采集与设备加载两部分的同时运行。MODBUS通信协议是采用主/从模式，也就是主站发通信命令给从站，从站收到之后再回应主站，这一收一回才算完成一个完整的通信信息交换。MODBUS通信协议分为ASCII和RTU两种传输模式，数据校验也有相对应的LRC及CRC校验方式。上位机对多台仪表的数据采集则通过多串口卡RS232通信方式来实现。

结语

该蠕变测试系统方案很大的特点是可以实现多台蠕变测试机并行工作，实际应用中应注意把各台蠕变净重加载实验机安装在不同的工作平台相互隔离，避免多通道蠕变实验机工作时相互干扰，确保被测传感器净重载荷的准确性，实现电阻应变称重传感器蠕变特性测试的自动化，具有计时准确，采样数据处理迅速，测试数据保存后方便查询、统计和分析，极大的减轻测试者的劳动强度，提高工作效率等优点，对于批量生产的蠕变特性测试很具有实用性。

参考文献

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