氣液壓綜合測試裝置由氣液壓測試裝置、集中工控裝置、試驗測試工作臺、實時監控系統和數字應變測試裝置組成。

（1）氣液壓測試裝置：該裝置主要包括氣壓測試系統和高壓液壓測試系統及常規液壓系統組成，高壓泵，必要的閥門以及由泵到產品測試間的管路系統組成。所選擇的氣壓增壓泵、液壓增壓泵、閥門、管路系統應能滿足氣壓35MPa，液壓200MPa及常規液壓50MPa的要求。

（2）集中工控裝置：操作控制臺可實現手動和自動兩種模式。其自動部分可以按照測試規范要求設定參數并輸入程序，實現升壓、保壓、降壓全過程的自動操作，并通過計算機系統描繪測試曲線，自動打印測試全過程的時間、壓力數據，作為質量原始記錄，可保證其正確性和完整性。操作臺設有手動模式，在計算機操作系統出現故障時，仍能夠正常使用，保證試驗。

（3）試驗測試工作臺：為提高產品測試的有效性，保護產品在測試過程中不受意外損壞，確保測試可靠，需要設計制造一個工作平臺，該工作平臺一方面要確保產品安全可靠安裝，一方面要實現加注和泄放液體介質的合理性。

（4）實時監控系統：氣、液壓強度測試過程中，產品必須放置在密閉的防爆的測試間內。真實觀察產品在測試過程中的形貌變化，特別是產品在爆破瞬間對起爆源的位置及失效過程的監視、測試。

（5）數字應變測試裝置：測試殼體在內壓作用下，其結構的變形情況對使用性能有一定的影響，測試其應力應變數值可以為設計師系統在完善結構設計方面提供依據。

2．技術指標：

·氣壓：0～35MPa；

·液壓：0～200MPa；0～50MPa；

·控制精度：±3％；（每個壓力點）

·系統測試精度：±0.5％；

·采樣頻率：10k；（每秒采樣次數）

·要求氣液壓系統能夠實現自動控制、數字化測試。

3.系統的描述

本設備為氣液壓綜合測試系統，由氣液壓測試裝置、集中工控裝置、試驗測試工作臺、實時監控系統及數字應變測試裝置組成。

該設備由微機控制系統、控制柜兩部分組成。設備管路安裝遵循橫平豎直原則，布局合理，油電分離，全部管路采用不銹鋼管連接，美觀耐用。控制柜是設備的核心部分，采用集中控制，數字化測量，挺上層采用單片機全閉環控制系統，實現整個系統全閉環控制。中間是關鍵元器件：電磁閥、壓力表、壓力傳感器等。挺下層是壓力系統，由高壓加壓泵、閥、管路組成，主要完成系統的總加壓（微機與單片機壓力控制單元上下兩級組成控制系統，上位機主要完成圖形處理、數據處理、數據管理，下位機根據上位機的指令按照壓力速率，控制水壓系統實現目標壓力）。其特點如下：

（1）系統采用模塊化設計，方便簡潔、檢修維護。

（2）采用進口的高質量元器件，經過長期使用證明，能夠保證系統的使用壽命，提高精度。

（3）氣動增壓泵控制，能夠提供通氣保壓，實現壓力平穩無波動。

（4）選用的閥門、管件耐壓等級高于使用壓力2倍，并設有安全閥，保證系統及使用者的安全。

（5）操作界面人性化，可以任意設定壓力值、保壓時間等試驗參數。

（6）連接采用錐面無焊連接方式，密封可靠且可反復拆卸。

（7）成熟的系統、閉環的控制方式，保證系統的使用安全、可靠、高精度要求。

（8）電氣組件采用進口元器件，從控制原理和電氣組件的質量上保證了試驗機的精度和穩定性。

（9）專用測試軟件成熟穩定無缺陷，可實時顯示各路試壓曲線，各試驗數據可保存并回放，可以自動生成試驗報告并打印，可與office辦公軟件兼容，可編程試驗報告，讓用戶可依據自己的特點設計編排。

（10）本機具有掉電保護功能，停電后系統自動卸壓，中止試驗，挺大限度保證操作人員和設備的安全。

二、設備組成：

該套裝置主要分為以下七個系統：

（1）氣壓測試系統：對被測試件進行氣密封或爆破試驗。

（2）200MPa液壓測試系統：對被測試件進行高壓液壓試驗。

（3）50MPa測試系統：對被測試件進行常規液壓試驗。

（4）集中工控裝置：計算機系統集中控制實時顯示試驗壓力曲線。

（5）試驗測試臺：確保被測體的測驗安全可靠。

（6）實時監控系統：產品在爆破瞬間對起爆過程的監視、測試。

（7）數字應變測試裝置：測試其應力應變數值可以為設計師系統在完善結構設計方面提供依據。

1、氣壓測試系統：

（1）系統原理介紹

 

（2）系統技術參數

   a)工作壓力：系統耐壓：35MPa

b)爆破壓力：30MPa；

c)工作介質：氮氣/空氣；

d)沖破時間：100ms以內（理論計算值）；

e)測試精度：≤0.1％F.S；

f)傳感器固有頻率：≥15k；

g)采樣頻率：≥10k；

h)控制精度：+2％（每個壓力點）

i)試件容積：≤10L

j)控制方式：計算機集中控制

k)供電要求：220VAC  1.5kw（不含高、低壓空壓機需求）

l)供氣要求：7bar@2標方/min、350bar

m)保壓流程：升壓－保壓－升壓－保壓－降壓－保壓－降壓－保壓－降壓至0－結束

n)爆破（沖破）流程：升壓－保壓－升壓直至工件爆破（沖破）為止，或設備極限－結束

（3)氣壓系統特點介紹

a)采用美國sc氣動增壓泵，長期使用證明質量更可靠。

b)氣驅增壓泵，采用壓力平衡原理，對實現自動保壓期間自動補壓；控制驅動氣壓流量來更好控制泵的工作頻率從而達到壓力、流量的控制，在系統壓力升壓至設定壓力附近，降低升壓速率，保證系統精度控制在+2%（每個壓力點）以內且可以防止過沖。

c)所有部件均安裝于一個整體封閉箱體中，控制面板于箱體頂部，結構簡易，連接防振，安全可靠。

d)手動閥門/電磁閥兩種控制，手動閥門可直接切斷增壓器空氣排氣管路，電磁閥更快速切斷增壓器空氣驅動氣管路，使氣動泵立刻停機。

e)卸壓系統，自動和手動兩套閥門控制，保障系統安全可靠。

f)系統所有連接高壓管件均為進口產品 ，High pressure連接方式，無需焊接，連接方便，防振，安全可靠。

g)閉環數字壓力監控系統，在加壓過程中，在增壓系統出口設置高壓壓力傳感器—→輸出信號—→計算機反饋信號，壓力超過設定上限值時報警，壓力超過設定上上限值時—→驅動空氣入口電磁閥切斷，增壓器停機；當壓力低于設定下限值時報警，并自動開機補壓（或選擇不補壓）。

h)如果要做常規保壓試驗，關閉儲氣罐的截止閥，啟動增壓泵即可；做瞬間爆破試驗，通過四根連接4個100L儲氣罐的管路大口徑截止閥（節流口0.5英寸），打開氣動球閥瞬間沖破試件；

i)理論計算：儲氣罐壓力35MPa（保證供應連續，瞬時無壓降），試件內0MPa,溫度20度，管道通徑1”，系統壓力可以在約100ms以內將壓力增加到30MPa-即爆破壓力，達到沖破壓力后壓力容器內的壓力減小0.75MPa，保證了系統供氣的連續和維持一個大的壓差來提高沖破的速度。

j)系統進行保壓試驗時，通過比例閥設定系統的壓力，根據程序加壓降壓。

k)增壓系統輸出壓力=75×驅動氣壓；驅動空氣的流量要求：7bar@2標方/min。

(1)氣動增壓泵介紹：

性能曲線圖如下

：

氣動增壓泵外型及安裝尺寸：

2、200MPa液壓測試系統：

（1)系統原理介紹

（2）系統技術參數

a)工作壓力:挺大200Mpa（精確控制壓力范圍35-200MPa）；

b)爆破壓力：180MPa；

c)升壓時間要求：一分鐘達到180MPa；

d)工作介質：水；

e)測試精度：≤0.1％F.S；

f)傳感器固有頻率：≥15k；

g)采樣頻率：≥10k；

h)控制精度：+2％（每個壓力點）

i)試件容積：≤10L

j)控制方式：計算機集中控制

k)供電要求：220VAC  1.5kw（不含高、低壓空壓機需求）

l)供氣要求：7bar@3標方/min、350bar

m)保壓流程：升壓－保壓－升壓－保壓－降壓－保壓－降壓－保壓－降壓至0－結束

n)爆破（沖破）流程：升壓－保壓－升壓直至工件爆破（沖破）為止，或設備極限－結束

（3)氣壓系統特點介紹

a)    采用大流量電動泵和美國sc高壓氣動增壓泵，氣動泵可通過比例閥控制反饋壓力控制，電動泵利用變頻器調速設定升壓速率，根據設定的壓力、容積進行自動判斷選擇不同的泵開啟和調節工作的頻率來打壓（大流量泵加壓到設定壓力附件再利用小流量泵進行加壓），保證系統的精度控制在設定值的+2%（每個壓力點）和高的（180/min）升壓速率。

b)    適合不同壓力等級和容積都能夠保證升壓速率和控制精度。

c)    氣驅增壓泵，采用壓力平衡原理，對實現自動保壓期間自動補壓。（或選擇不補壓）

d)    所有部件均安裝于一個整體封閉箱體中，控制面板于箱體頂部，結構簡易，連接防振，安全可靠。

e)    手動閥門/電磁閥兩種控制，手動閥門可直接切斷增壓器空氣排氣管路，電磁閥更快速切斷增壓器空氣驅動氣管路，使氣動泵立刻停機。

f)    卸壓系統，自動和手動兩套閥門控制，保障系統安全可靠。

g)    系統所有連接高壓管件均為進口產品，High pressure連接方式，無需焊接，連接方便，防振，安全可靠。

h)閉環數字壓力監控系統，在加壓過程中，在增壓系統出口設置高壓壓力傳感器—→輸出信號—→計算機反饋信號，壓力超過設定上限值時報警，壓力超過設定上上限值時—→驅動空氣入口電磁閥切斷，增壓器停機；當壓力低于設定下限值時報警，并自動開機補壓。（或選擇不補壓）

i)系統進行保壓試驗時，通過比例閥設定系統的壓力，根據程序加壓，系統再達到壓力后的保壓過程，可根據客戶需求選擇是否需要實時補壓。

j)系統降壓通過節流閥調節降壓速率，靠傳感器反饋檢測壓力值，控制卸壓閥是否降壓。

系統增壓泵的介紹：

氣動增壓泵的優點：壓力控制可無級調節，輸出壓力、流量可控性好；可實現長期自動補壓要求且不消耗大量的能源；氣動驅動更安全。

系統所使用的泵流量圖：

 

3、50MPa液壓測試系統：

（1)系統原理介紹

2)系統技術參數

a)    工作壓力：挺大50Mpa；

b)    爆破壓力：35MPa；

c)    升壓速率：10L/min

d)    工作介質：水；

e)    測試精度：≤0.1％F.S；

f)    傳感器固有頻率：≥15k；

g)    采樣頻率：≥10k；

h)    控制精度：+2％（每個壓力點）

i)    試件容積：≤250L

j)    控制方式：計算機集中控制

k)    供電要求：380VAC  35kw（不含高、低壓空壓機需求）

l)    保壓流程：升壓－保壓－升壓－保壓－降壓－保壓－降壓－保壓－降壓至0－結束

m)    爆破（沖破）流程：升壓－保壓－升壓直至工件爆破（沖破）為止，或設備極限－結束

3)液壓系統特點介紹

a)采用電動試壓泵，通過蓄能器穩壓吸收壓力脈沖，保證系統壓力平穩。

b)通過變頻器調節泵的工作頻率且高低壓、大流量小流量泵配合使用，控制流量，保證系統升壓穩定且不超壓。

c)系統可以通過預設定壓力、測試容器體積自動選擇大流量泵進行預充，降壓力迅速提高至系統設定壓力的90%組左右，再通過高壓小流量泵進行增壓，保證系統的精度控制在+2%（每個壓力點）以內。

d)所有部件均安裝于一個整體封閉箱體中，控制面板于箱體頂部，結構簡易，連接防振，安全可靠。

e)手動閥門/電磁閥兩種控制，手動閥門可直接切斷增壓器空氣排氣管路，電磁閥更快速切斷增壓器空氣驅動氣管路，使氣動泵立刻停機。

f)卸壓系統，自動和手動兩套閥門控制，保障系統安全可靠。

g)系統所有連接高壓管件均為進口產品 ，High pressure連接方式，無需焊接，連接方便，防振，安全可靠。

h)閉環數字壓力監控系統，在加壓過程中，在增壓系統出口設置高壓壓力傳感器—→輸出信號—→計算機反饋信號，壓力超過設定上限值時報警，壓力超過設定上上限值時—→驅動空氣入口電磁閥切斷，停機；當壓力低于設定下限值時報警，并自動開機補壓。（或選擇不補壓）

i)系統進行保壓試驗時，通過比例閥設定系統的壓力，根據程序加壓，系統再達到壓力后的保壓過程，可根據客戶需求選擇是否需要實時補壓。

j)系統降壓通過節流閥調節降壓速率，靠傳感器反饋檢測壓力值，控制卸壓閥是否降壓。

系統泵的介紹：

50Mpa電動試壓泵、流量600L/h，功率7.5kw

       63Mpa電動試壓泵、流量44L/h、功率1.5kw

4、計算機集中控制系統及軟件介紹

控制系統為基于電腦的控制，增加了系統的靈活性，將控制、人機界面、數據處理、通訊等功能集成在一臺PC中的解決方案，減少了plc、 cpu 處理的信息量，提高處理性能，提高整體的運行速度，擴充了整體的存儲量和數據的處理量。

自動控制由電腦來發出指令，通過plc來控制系統中的閥門，通過傳感器實時反饋，來控制壓力，整個過程實現閉環控制。電腦和plc通過串口通信，實現各種參數的設定和數據的處理均在電腦中完成，利用電腦的強大的數據處理功能，保證plc的運行速度。實驗完成后可以按照客戶需求來生成實驗報告，完成打印儲存等功能。

系統主要組件：德國西門子PLC及電氣元件，臺灣研華原裝工控機，專用控制軟件。

 

5、實時監控系統設計方案

   本設備實時監控系統采用 美國Vision Research公司（VRI）Phantomv9.1高速攝像機與工控式硬盤錄像機結合，可實現真實觀察產品在測試過程中的形貌變化，特別是產品在爆破瞬間對起爆源的位置及失效過程的監視、測試。

（1）設計思想

本方案是在充分理解客戶需求的基礎上，考慮了智能化系統和監控系統的特點，并結合我公司多年以來在從事試壓設備監控系統工程中所積累的經驗，根據“智能、先進、可靠、合理、嚴密、經濟、完善”的設計思想，以求達到先進性、實用性、可靠性、可擴展性、易維護性的要求設計而成。系統的設計和施工方案均嚴格遵循有關國際和國家標準進行，在硬件的配置上也都采用標準結構，以使系統具有開放性、可擴充性。

（2）設計依據

GB50198—94 民用閉路監視電視系統工程技術規范

GB/J115—87 工業電視系統工程設計規范

GB/T16677-96 報警圖像信號有線傳輸裝置

GA/T74-94 安全防范行業標準

GA/T70-94 公共安全行業標準

GA/T74—94 安全防范工程費用概預算編制辦法

JGJ/T 16-92 民用建筑電氣設計規范

IEC/TC64接地防雷設計規范標準。

（3）系統特點

為了使實時監控要求達到一個新的標準，本方案采用了目前挺先進的美國Vision Research公司（VRI）Phantomv9.1高速攝像機與數字硬盤錄像監控系統。在設計中為了保證本套數字化錄像監控系統達到技術先進、安全可靠、性能穩定、質量優良、經濟實用的要求，設計中我們將遵循以下原則：

充分依靠我們的技術優勢，采用國際挺先進的數字化視頻壓縮、解壓、存儲技術，使該系統在相當長的時間內與科技發展相適應，并使系統具有強大的發展潛力。

所有采用的技術與產品，都是已經被證明為成熟的而且面向工程是穩定的。在工程方案的設計中也必須考慮工程中所可能遇到的各種情況，避開造成不穩定性的可能。

在滿足使用環境和使用者功能要求的基礎上，采用實用的方案，特別是功能操作方法力求簡便，軟件界面力求友好，數據處理，管理模式均采用模快化，特別方便相關管理人員使用。

該系統是一個整體綜合的智能化系統，在系統設計中著重技術的標準化和器材的結構化、模塊化。從整體系統的完善上也體現了標準化的思想，在與氣液壓綜合測試裝置系統的其它功能配套中力求簡單、快捷、準確度高、成功率高、工程效率高。

本方案采用1臺19〞液晶彩色監視器進行圖像顯示。

本設計方案共安裝2支高速攝像機，均采用固定監控，本系統采用矩陣控制鍵盤對云臺、鏡頭進行相應動作的控制。

本方案選用1臺2路數字硬盤錄像機(預留4路)對所有圖像進行試驗實時不間斷錄像，錄象資料保存兩周（可根據需求增加）,方便稽查。

6、數字應變測試系統：

（1）智能動態應變儀原理圖（詳見圖紙）

(2)A/D采集部分

a)根據客戶要求，每路采集速率在5K， 3路Χ5K=180K，選擇大于2倍的A/D采集卡，留出設計余量。所以使用400K的采樣頻率。

b)系統要求滿足挺大50MP壓力， 應變電阻變化范圍大，采用16位的A/D采集，測量精度與范圍。

c)采用A/D緩存，可實時保留采集數據以利于與計算機通信。

a)放大器的速率保證滿足動態5K測量。

b)增益控制調整電路用于定量調整A/D與放大電路量化關系。 并用于系統校正標定用。

c)配合電阻應變片組成橋路，調整電路本身產生的初值（偏差）。

應變測量選擇高穩定性電路

應變數據采集裝置技術方案

使用USB接口或1394口與工控機通信可選

 該套設備采用USB接口或1394口，建議該系統用1394口：

a)速度快，USB接口的傳輸率一般可達到12mbit/s比串口快100倍，而1394比USB接口快十倍以上，可以非常可靠的解決該系統的數據采集。

b)連接靈活，1394口允許獨立工作，為系統編寫的軟件可以自行啟動，無需用戶干預。

(5)A/D采集系統

A/D采集是指將模擬信號轉換成計算機可以識別的數字信號。

由于應變測量要求：運用在容器壓力測試上的時候，電阻片變化范圍大，采用16位精度可完成系統測量精度。

每通道要求5k采集速率，36通道共36X5=180k速率，為可靠完成測試，此方案采用400k采集卡，遠遠高于要求的一倍以上。從設計上留出較大的余量。更好的完成同步采集。

由DSP控制器統一控制，協調A/D數據緩存增益控制及各通道的采集過程，是挺為完善的設計方安。

此A/D采集系統均使用國外進口芯片，使本采集系統的工作更加可靠，耐用。

(6)放大電路

本系統放大電路采用高精度、高速放大器，每路主放大電路使用美國A/D公司儀表放大器AD620,挺大速度為800K.

此放大電路將微弱的模擬信號放大，并通過5K濾波器選通，設計先進，各部分芯片也均采用國外公司產品，可達到高精度、高穩定性的放大系統。

(7)應變橋路

應變片的測量屬于高精度測量系統，分辨率1個微應變（指單位元素變化量的10^-6 的量化概念）。本系統的設計人是有幾十年測試和儀器設計經驗。

首先保證電源的穩定性，采用開關電源與模擬電路相結合的混用電源系統，很好的解決了抗干擾及紋波小的矛盾。

每通道采用多級穩壓，電源設計為對稱性強的系統，同時橋壓與系統相隔離。正因為設計人豐富的應變測量經驗才保證了此設備可靠、穩定的工作。

(8)軟件功能：

    應力應變測量時,輸入橋路方式、應變計電阻、導線電阻、應變計靈敏度系數,軟件完成對測量結果的自動修正。輸入被測試件材料的彈性模量和泊松比,軟件將完成應力及兩片直角、三片45°直角、60°等邊三角形、傘形、扇形等應變花主應力及方向的計算。

    輸入傳感器的輸出靈敏度,軟件完成被測物理量單位量綱的歸一化，直接顯示被測物理量的大小。

    具有手動觸發、定時觸發、信號觸發等觸發模式，有連續記錄、記憶示波器等采樣方式。

    同時顯示任意通道采集數據及曲線（包括采集數據的實時曲線及各種實時處理后的數據、曲線）。

    軟件實時性好，采樣過程中可以動態開設或關閉窗口，動態切換或增減顯示通道，動態設置其顯示方式。

    將任意兩通道的測量數據定義為x軸和y軸,邊采樣邊繪制成曲線,完成x-y記錄儀(滯回曲線)的功能。

    具有良好的可移植性、可擴充性和可升級性，提供了與office軟件的接口功能：將數據文件轉換成文本文件（.txt文件），Excel表格文件（.xls文件）、Access數據庫文件（.mdb文件），及與功能強大的分析處理軟件Matlab的數據格式轉換功能。

    具有豐富的分析處理功能，能進行時域及頻域的處理,所有處理功能都可供在線事后分析使用，其中時域分析包括計算挺大值、挺小值、平均值、均方差、曲線擬合等，頻域分析包括幅值譜計算、功率譜計算、相關計算、相干分析、傳函分析。

(9)可隨時根據用戶要求增加或減少軟件功能。