山东国量仪器设备有限公司

微机控制扭转试验机

NDW-5000

技

术

方

案

书

微机控制材料扭转试验机

NDW系列5000Nm

一、试验机简介

    微机控制材料扭转试验机本试验机是根据GB/T2611-2007《试验机通用技术要求》和GB/T10128-1998 《金属室温扭转试验方法》标准制造。适用标准：国标、ASTM、等国内外标准。本机外形美观、操作方便、性能稳定可靠。

该机主要用于扭转金属材料、非金属材料的检测。被测试试样安装在可调整空间的夹具之间，可适应不同的被测试试样扭转力学性能的试验。试验机采用计算机控制操作，可进行定角度扭矩试验；显示器显示被测试零件的角度-扭矩曲线；实时显示角度、扭矩、扭矩峰值保持、试验机工作状态；试验数据存储、打印试验报表等。

二、 方案描述

2.1主机

    主机采用卧式结构。左端扭矩盘连接传感器为固定端，右端加载为电机通过蜗轮蜗杆传动带动加力盘转动，通过试样加载将扭矩传到扭矩盘端检测扭矩，加载系统可沿导轨移动和固定，用于调整试验空间。

2.2传动系统

通过采用数控电机和驱动器，保证试验过程的宽范围速度连续调节和均匀加载；

2.3扭矩及扭角的检测

采用高精度扭矩传感器，可正反两方向测量扭矩；扭转角的检测采用光电编码器,转角的检测在输出轴上，保证显示角度的真实有效。通过计算机数据采集处理系统，将传感器、编码器信号处理后在计算机屏幕上显示。

2.4测量控制系统：

试验力测量控制系统由高精度双向对称性扭矩传感器、稳压电源、测量放大器、A/D转换等组成；位移测量控制系统由光电编码器、倍频整形电路、计数电路等组成。通过各种信号处理，实现计算机控制、数据处理、显示等功能。

2.5试验过程

整个试验过程采用WINDOWS平台的中文人机对话方式，使用以图形为界面的视窗式操作系统，由键盘输入试验参数，鼠标操作虚拟按钮，自动完成全部试验过程。屏幕显示扭矩、角位移、扭矩—角位移曲线、试验机工作状态等。

可将试验结果存入计算机。

采用A4打印机打印试验报表。

三、主要技术性能指标

●扭矩量程：0～5000Nm

●扭矩测量范围： 50Nm-5000Nm；

●扭矩最小读数值： 0.1Nm

●试验级别 1级

●试验扭矩分辨率 1/200000

●扭转角度 0-10000°

●扭转角度示值相对误差：≤±1% （正转和反转两个方向）

●转角最小读数值：0.01°

●扭矩示值相对误差：≤±1% （正转和反转两个方向）

●重复性相对误差：范围内≤1%（正转和反转两个方向）

●扭转计（选配）扭转计扭角分辨力：0.0045°；

●试验转速 1-720°/min

●扭转速度示值相对误差：≤±1% （正转和反转两个方向）

●加力盘、扭矩盘间距离：0～500mm

●试样夹持直径：根据客户要求 电议

●电源：220±10％V /50Hz；

●试样夹持方式：按用户试样提供夹具一套

●整机尺寸：1700mmX1500mmX600mm

●整机重量：约1100Kg

四、试验机的环境与工作条件

4.1 在室温10⁰C～35⁰C范围内；

4.2 相对湿度不大于80%；

4.3在稳固的基础上正确安装；

4.4 在周围无振动、无腐蚀性介质和无强电磁场干扰的清洁的环境中；

4.5 电源电压的波动范围不应超过额定电压的10%。

五、试验机的配置

●高强度扭转试验机主机一台

●伺服电机及驱动器控制系统1套

●传动系统自产

●高精度扭矩传感器1个

●高精度光电编码器1个

●数据采集系统自产

●计算机：联想品牌

●打印机：A4佳能或者惠普彩色喷墨打印机

●操作及数据处理软件1套

●备份操作软件光盘1张

●随机资料（使用说明书、合格证明书、装箱单）各1套

六、售后服务

6.1甲方对试验机进行安装、调试、培训操作人员以及设备维修人员；

6.2免费为用户提供软件的升级；

6.3产品免费保修期壹年，终生维修服务。

七、附：操作软件程序介绍：

第一章              控制软件简介

一. 前言

LHZ TESTING SOFT程序组根据不同的程序模块，适用于不同类型的材料扭转试验机。

二. 特点

(1) 利用不同配置文件可以使一台主机配多个传感器。

(2) 开放式的程序接口，可为用户定制特殊的试验方法，快速、便捷、可靠，缺省执行金属材料室温扭转试验方法；

(3) 全程不分档数码显示拉扭矩和压扭矩及峰值，精度为传感器最大量程2%开始示值的±1%，可自动标定；

(4) 同时记录扭矩-时间，扭角-时间，扭矩-扭角和扭矩-转角试验曲线，可随时切换观察，高速采样；

(5) 准确、完善的数据分析功能，采用人机交互方式分析计算测试材料的机械性能指标，可自动计算弹性模量、屈服强度、非比例伸长应扭矩等，也可人工干预分析过程，提高分析的准确度；

(6) 试验数据采用数据库管理方式，自动保存所有试验数据和曲线。

(7) 功能强大的报表编辑器，利用该报表编辑器，用户可以在极短的时间内做出自己想要的任何格式的报表，做报表不再是一件痛苦的事。

第二章　界面操作

一、主窗口：

主窗口是程序的控制中心，它负责管理各个功能窗口，并显示试样的基本信息和试验控制状态信息，用户试验时面对的就是这个窗口。

说明：

说明：

① 菜单

1. 【模式】菜单：负责系统管理工作，如系统模式的切换。

1)   试验模式：即试验控制模式，显示扭矩、扭角和转角测量值，启动和停止试验，记录试验曲线等等。

2)   分析模式：分析试验结果。

2.    【设置】菜单： 分为“选择扭矩传感器”、“选择扭转计”、“系统参数”、“分析参数”。（如图所示）。

3. 【调整】菜单：调整系统调试参数，一般在调试机器时使用，操作人员禁止使用，有权限密码保护。

4.    校准窗口：如图所示，LHZ TESTING SOFT系统可以通过软件数字精确调整扭矩采样显示值，在试验停止状态下，选择[调整]->[ 扭矩传感器校准]菜单，将调出校准窗口。

校准：

设置快左、左旋、微左速度和快右、右旋和微右速度；

选择左或右校准，试扭矩清零，转角清零；

在校准值文本框中输入校准值，一般取最大量程的50%；

放好测力环，控制试验力上升，接近校准时可以选择微动，当测力环达到校准值后，按下“校准”按钮，显示值将自动调整到校准值。

修正：

如果传感器线性不好，那么需要进行修正；

设定修正级数，点击编辑按钮，设定需要修正的标准力值，最多20级，默认修正系数为1.0，点击完成按钮；

选中修正列表中的第一行，放好测力环，控制试验力缓慢的接近第一级的标准值，当测力环达到标准值后，按下“修正”按钮，显示值将自动调整到标准值；

切换到第二行，继续控制试验力缓慢的接近第二级的标准值，当测力环达到标准值后，按下“修正”按钮，以此类推，直到所有级别修正完成。

注：扭转计的校准同扭矩，此处不再敖述。

5. 【工具】菜单：

1)   [压缩数据库]：略

2)   [数据库导入导出]：略

6. 【窗口】菜单：选择”锁定”后，“显示板”、“曲线板”、“控制板”作为一个整体进行移动。选择“浮动”时，上述各窗口可以分别移动。

7. 【帮助】菜单：提供系统操作的帮助信息和系统的相关信息。

8. 【退出】菜单：退出LHZ TESTING SOFT控制程序。

② 系统状态栏：显示试验过程中试样和控制的相关信息，请用户随时留意状态栏中的提示信息，以避免盲目操作。

③ 系统工具栏：作用和系统菜单一样，但更便于用户选择；

1.  [试验]：切换到试验模式。

2.  [分析]：切换到分析模式。

3.  [数据板]: 点击可以弹出数据板窗口，具体参见“数据板”一节。

4.  [前翻]：向前翻动数据记录。

5.  [后翻]：向后翻动数据记录。

下面是一部分功能窗口的简要说明，后面将详细一一介绍：

④ 扭矩、扭角显示板：扭矩、扭角的硬件调零、软件清零和显示，扭矩峰值显示，扭矩、扭角档位的选择等。

⑤ 转角显示板：转角测量值的清零和显示以及夹头转动方向的指示。

⑥ 曲线板：试验过程中，实时显示扭矩-时间、扭角-时间、扭矩-扭角和扭矩-转角曲线。自带工具条，支持局部放大和缩小等。

⑦ 控制板：度盘显示扭矩，显示加荷速度，启动和停止试验过程。

二、扭矩、扭角和时间显示窗口

① 扭矩测量显示值: 根据选择的档位自动规约；

② 扭矩测量峰值: 当试验重新开始，峰值会自动清零；

③ 破型判断按钮：按下此按钮，在试验过程中，扭矩值如果满足试样破型的条件，试验会自动结束。如果按钮弹起，那么，即使试样已经破坏，试验也不会自动结束，用户必须手动结束试验。

④ 扭角测量显示值: 根据选择的档位自动规约；

按钮说明：

  左旋和右旋方式的切换按钮：“左”代表左旋方式，“右”代表右旋方式；

  测量值清零按钮

  扭矩峰值清零按钮

“摘扭转计”按钮有两个用法，（1）试验中使用了扭转计：试验中，当试样扭角较小时，扭角测量采用的是扭转计测量信号，当扭角较大时，为了避免损坏扭转计而必须将扭转计取下，在取下扭转计之前，按下这个按钮，系统将用转角测量信号作为扭角值，保证测试曲线的完整性；（2）试验中不使用扭转计：如果用户在试验中不需要使用扭转计，请在试验开始之前，先将此按钮按下，那么，试验开始后，系统将直接将转角信号作为扭角值，从而构成一个完整的扭矩-扭角曲线，便于数据分析。

三、转角显示窗口：

① 转角测量显示值；

② 手动方向显示：指示外部手动按钮的方向。

④    提示外部急停、启动按钮以及限位的状态。

四、线显示窗口：

1．曲线工具栏：曲线工具栏包含曲线观察和处理的工具；

从左至右依次为：前面三个按钮为一组工具，每次只能选取一个，即选取其中的一个时，原来的按钮就会弹起。

2．曲线显示区域；

3．曲线显示刻度值：随曲线的缩放和移动而改变；

4．曲线垂直（水平）缩放和定位：曲线可以单向（水平或垂直）放大和缩小。并可以用滑块拖动显示曲线。拖动方式有两种：

五、控制板

一）.闭环控制方式：

1、控制方式选择卡片：

1）      转角：闭环（开环）转角控制方式；

2）      扭矩：闭环扭矩（应力）控制方式；

3）      扭角：闭环扭角（应变）控制方式；

2、试验控制中心；

第一个按钮是“调整夹头位置”按钮，后面两个按钮表示试验的开始和停止。“调整夹头位置”按钮按下时，可通过上下按钮来控制夹头的转动，此时系统不记录夹头转动的曲线。

3、转角控制：

转角控制以转角为控制指标进行控制，在试验状态和调整夹头位置状态都可以使用。使用方法为：

A．  左旋或右旋试验：

在转角速度档位中选择一个速度，比如5°/min，在“闭环控制”的复选框内打“勾”，切换到闭环模式，再按下“开始”按钮，即开始试验。

B．  定转角值控制：

在转角速度档位中选择一个速度，比如5°/min，在“闭环控制”的复选框内打“勾”，切换到闭环模式，然后在转角保持目标输入框中输入目标值，如20°，按回车键或按右边的“应用”按钮，接着再按下“开始”按钮，即开始试验。夹头会以5°/min的速度上升，当转角到达20°，夹头会自动保持不动。这时，用户可以输入新的转角目标值，应用后，夹头会自动趋向新的目标值。目标值用户可以随时改变。用户可以输入为空来清除目标值。

C．    调整夹头位置：

按下“调整夹头位置”按钮，表明接下来的操作只是用户调整夹头的位置，而不是试验测试。这个状态下，曲线将停止记录。注意，在夹头位置调整完后，请恢复试验测试状态。

4、扭矩控制：

扭矩控制以扭矩为控制指标进行控制。使用方法为：

A． 左旋或右旋试验：

在扭矩速度档位中选择一个速度，比如0.1N.mm/s，然后点击“预紧速度”按钮设置预紧速度，选择预紧扭矩（一般为当前量程的1%左右），再按下“开始”按钮，即开始试验。

B． 扭矩值保持控制：

在扭矩速度档位中选择一个速度，比如0.1N.mm/s，然后点击“预紧速度”按钮设置预紧速度，选择预紧扭矩，接着在扭矩保持目标输入框中输入目标值，如10N.mm，按回车键或按右边的“应用”按钮，接着再按下“开始”按钮，即开始试验。夹头会以0.1N.mm/s的速度转动，当扭矩值到达10N.mm，系统会自动保持在10N.mm。这时，用户可以输入新的扭矩目标值，应用后，系统会自动趋向新的目标值。目标值用户可以随时改变。用户可以输入为空来清除目标值。扭矩目标不能为0。

5、扭角控制：

扭角控制以扭角为控制指标进行控制，它的使用于转角控制类似，但它单独使用的机会很少。

二）.普通（开环）控制方式：如图所示,是上述闭环控制中的一个子集。

六、数据板

1．数据板窗口：

数据是整个系统的核心，因为整个试验过程是围绕数据为中心进行的。从试样数据到测试数据，再到分析数据，这个数据过程的显示都在数据板上体现。从系统工具栏可以调出数据板。

程序启动时，缺省调入的试验方法为上一次关闭程序时调用的试验方法，如果选择别的试验方法，必须通过系统工具栏选择。选择以后，“数据板”会作相应的变化。即不同的试验方法，数据板的显示内容是不同的。

2．数据板工具栏：

²  快速新建：直接建立一个空的数据记录。

²  新建：建立单个或成批数据记录。

²  打开：打开历史数据。

²  保存为数据库格式：以数据库格式将试验曲线和试验数据存盘。

²  保存为文件格式：以文本文件格式将试验曲线和试验数据存盘。

²  删除当前记录：删除当前这条数据，删除的数据都无法恢复，请慎重操作。

²  删除全部打开的数据：将数据板上显示的所有数据全部删除，删除的数据都无法恢复，请慎重操作。

²  打印：将当前记录数据以设置好的报表格式打印输出。

²  输出至OFFICE：将当前记录数据输出到OFFICE中进行打印输出。

3. 数据库显示定位按钮：

数据库显示和定位：图中的2/3中的3表示现在数据板上共打开了3条记录，2表示现在数据板上显示的是第2条。用户可以按动左右箭头移动位置。

注：系统工具栏中的“前翻”、“后翻”功能相当于此处的左右箭头的作用。

第三章 试验过程

一．输入试样信息

准备开始做试验时，第一步是输入试样的信息。所有的试样信息和测试数据，系统都保存为一个数据库文件，而不同于以前的一些测试系统，一个试验保存为一个数据文件。在数据库中，一个试验保存为一条记录。如果把数据库文件当成一个巨大的数据表格的话，一条记录就相当于这个表格中的一行。而这个表格是可以不断加长的。

点击数据板上的新建按钮（参见数据板说明），将出现新建窗口：

²  试样数据输入区：用户在这里输入试样的一些相关信息，当然，也可以直接打开右边列表中保存的试样模板文件，而不用再一一输入。用鼠标点击模板名称，那么，这个模板所包含的试样内容就会直接填入。填完试样信息后，点击窗口中间的[新建]按钮，所填数据将拷贝到下面的试样信息数据缓冲区。用户可以开始下一个试样信息的输入。

²  新建按钮：将数据从输入区拷贝到输入缓冲区，此时，试样数据还没有保存到数据库中，用户在数据缓冲区还可以根据实际情况更改试样内容。

²  成批新建：前面两个步骤说明了一次输入一个试样信息的过程。在很多时候，试样都是成批的，而对于同一批试样，其形状特性都是相同的，不同的只是编号。针对这种情况，系统可以一次产生同种类型(同批号)不同编号的试样信息数据，并填充到数据缓冲区。点击[成批新建]按钮，将出现一个窗口。利用它可以帮助用户提高输入试样数据时的效率。

²  试样模板名称列表：任何一个试样模板都记录了一个特定试样的基本信息，用户可以将任何一种试样及其相关信息保存为一个试样模板，这样在下次试验处理同样的试样时，直接打开（用鼠标直接选择试样模板名称）相应的模板，系统就会将试样信息自动填入。例如，如果用户现在测试的是直径为20mm的圆钢材，可以先将一根试样的信息填入试样数据输入区。然后选择试样模板名称列表下面的[另存为]按钮，将出现一个对话框，用户可以在这个对话框中输入模板名称，一般情况下，可以取一个有意义的名称，如[圆材20]，这样，从名称上就知道它对应了直径为20圆型试样的信息。以后，如果测试直径为20mm的圆型试样，只需用鼠标点取试样模板列表中的[圆材20]，这个模板所包含的信息就会自动调入，然后只需稍作修改即可。

²  试样信息数据缓冲区：为了便于用户一次输入多种不同类型试样数据，系统先将已输入的试样数据填充到这个区域。用户可以在这里检查数据的准确性后再保存到数据库。可用下面两个按钮对输入的数据进行修改和删除：

²  修改：用鼠标双击要修改的数据区域，修改后再按回车键即可。

²  删除：用鼠标选择要删除的数据行，然后点击[删除]按钮即可。

²  确定：将数据缓冲区的数据保存到数据库，并且将它们添加到数据板，同时关闭新建窗口。

二．打开试样记录

前面说明的是用户新建完试样记录，马上开始试验的情况，但是，也可能出现这样一种情况，即用户在上午一次性将所有要测试的试样记录全部新建完毕后，上午完成了一部分的测试工作，下午要继续上午没有完成的测试。而试样信息在上午已经全部输入，下午测试的第一步就是将上午输入了但还没有测试的试样信息打开。点击数据板上的[打开]按钮，将出现打开窗口，可以根据三个不同的条件打开试样数据：批号、试验日期和试验人，在这三个条件的同时，用户还可以选择全部显示或只显示完成或没有完成的试样记录。输入打开条件并确定后，系统将选择数据填入数据板。用户可显示数据板查看数据，打开的数据也许有很多，用户最后还必须在数据板选择准备试验的试样。

    如果用户要查询历史数据，操作的方法也是一样的。

三.试验过程：

试件信息调入数据板后，如果只有一个试件，那么，用户不必选择要测试的试件，如果用户新建了很多试件信息，在开始试验之前，用户必须定位将要测试的试件记录。比如说，用户新建了10根试件记录以后（编号为000-009），从这10根试件中随便拿了一根，编号为006，那么，用户这时必须在数据板上移动数据记录，直到显示编号为006的试件记录。找到编号为006的试件后，用户可以先将数据板关闭，避免影响别的窗口显示。下面就可以开始试验操作了：

1、  安装试件：

先夹紧左夹头，通过控制板调节夹头位置到合适的地方，调整扭矩传感器的零点和转角清零以后，然后夹紧右夹头。

2、选择试验方法：：

对于简单的操作，用户可以选择单一控制模式来做试验，比如转角或扭矩控制，选择其中的一种控制模式，确定控制速度。如果是复合控制，以标准扭转试验为例，用户在选择拉伸控制模式以后，还必须设置一些必要的控制参数。

3、  开始试验操作：

参数设置好以后，按下控制板的[开始]按钮，试验开始。在控制过程中，请密切注视试验的进程，必要时进行人工干预。在试验控制过程中，最好不要进行无关的操作，以免给控制造成影响。在取下扭转计之前，用户必须将扭角显示板的[取扭转计]按下，不然，在取扭转计的扭角信号也将如实记录，从而直接影响后面的数据分析。

4、 试验结束：

在下面几种情况下系统将停机

1） 人工干预，按下[停止]按钮；

2） 扭矩过载保护，扭矩超过过载保护上限；

3）系统判断试件破型；

四.                试验结果的保存：

试验完成以后，用户可以根据需要分析测试曲线，得到分析结果。分析板提供了自动和手动两种分析模式。试验结束后，用户切换到分析模式，分析板将自动出现。窗口的右部是分析的功能按钮，窗口的左部是各个标志点的列表（所谓标志点，是金属材料的各个物理性能在试验测试曲线上的具体表示，比如金属的上屈服扭矩点，其对应点为PeH）。一般情况下，建议用户采用自动为主，手动为辅的分析模式。

具体操作如下：

²  自动分析：首先在分析板的位置栏中，选择要进行自动分析的标志点。然后，点击分析板工具栏的[自动计算]按钮，系统将对曲线进行全面分析。分析的方法由用户在分析之前自行设定。如果用户要改变分析方法，可以点击分析板工具栏的[分析设置]按钮，将出现分析设置窗口。用户可以根据具体试样，选择分析方法。分析完成后，试验所测试材料的物理性能参数所对应的点也将在曲线上标示出来，一方面，可以给用户一个直观的表示，另一方面，如果用户对自动分析的结果不是很满意，也可以直接通过定义、删除和移动标志点来重新分析试验结果。

²  人工分析：如果自动分析不能满足用户的要求，用户就必须人工分析数据。人工分析主要包括下面几个方面：

Ø  定义自动分析没有找到的标识点。自动分析依据的是一定的数学算法，而试验曲线千差万别，因此自动分析可能有一些标志点计算不出来，这时，用户可以自己观察曲线，在曲线上手工标出需要的标识点。手工定义标志点的步骤为：

a)   放大需要定义标志点的曲线段，切换到[点定位方式]（曲线板工具栏第二个按钮），鼠标形状会变为十字形状。

b)   按下鼠标右键，在弹出的点定义菜单中选择合适的项目；然后按下鼠标左键，十字光标将自动吸附到曲线上离按下处最近的一点，并出现一个青色的圆点标记。重复此步骤，将需要的点依次在曲线上标出，系统同时将试验结果计算并显示出来。

Ø         用户如果认为某个已经标注的点不正确时，有两个处理方法：

a)  删除已经存在的标志点，按照前面所述在正确的位置重新定义。删除的步骤为：切换到[对象选取方式](曲线板工具栏第一个按钮)，在要删除的标志点标签上，按鼠标右键，就会弹出一菜单，选择[删除]，这个点将从曲线上清除，同时，其相关的数据也将从[分析板]和[数据板]上清除。

b)  移动已经存在的标志点到用户认为正确的位置。移动的方法为：其一，调节[分析板]上要移动的标识点处的上下箭头。其二，切换到[对象选取方式](曲线板工具栏第一个按钮)，在要移动的标志点的标签上，按鼠标右键，就会弹出一菜单，选择[移动]后，将出现一个移动标志点的操作窗口。其三，切换到[对象选取方式](曲线板工具栏第一个按钮)，在要移动的标志点的标签上，按鼠标左键，标志点的标签会变成黄色，在此状态下，标志点会跟随鼠标的移动在曲线上移动，到合适目标位置后，再在标志点的标签上，按鼠标左键，标志点的标签会变回青色，标志点停止移动。移动标志点时，[分析板]和[数据板]上的数据都会同时更新（更新的数据不一定只限于用户移动的那个点，因为标志点之间是相关的，例如，如果改变弹性段的标识点P1或P2，那么，规定非比例延伸扭矩点也会同时改变。

六．试验结果打印

试验完成后，接下来就可以打印试验数据了。先显示数据板，它的工具栏上有个打印按钮，按下它，将按照规定的报表格式打印当前你打开的所有记录。如果用户并不需要将所有的记录都打印，可以用[打开记录集]窗口过滤当前记录集后再打印。此处的报表格式是固定的，基本上能满足大多数用户的要求。如果用户想定制自己的报表格式，可以利用[输出至Office]报表打印功能。