您好, 歡迎來到化工儀器網(wǎng)
解決方案|基于LabVIEW的異種金屬?gòu)?fù)合構(gòu)件熱-力耦合電檢測(cè)系統(tǒng)
異種金屬連接構(gòu)件在熱-力耦合工況條件下服役時(shí),，在熱,、力的作用下異質(zhì)連接界面會(huì)發(fā)生應(yīng)力變形導(dǎo)致連接界面位置產(chǎn)生空洞,、裂紋等缺陷,。缺陷影響材料的導(dǎo)電性能，可利用電阻分析技術(shù)對(duì)裂紋的萌生和擴(kuò)展進(jìn)行監(jiān)測(cè),?；?LabVIEW編程語(yǔ)言環(huán)境，利用數(shù)據(jù)采集卡及霍爾電流,、電壓傳感器,、溫度、位移傳感器設(shè)計(jì)了一套熱-力耦合電檢測(cè)系統(tǒng),。結(jié)合鋁/鋼連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊實(shí)例,，通過分析動(dòng)態(tài)電阻和延伸率的變化，得到復(fù)合構(gòu)件在服役過程中接頭失效機(jī)理,。實(shí)踐證明,，該系統(tǒng)可為異種金屬連接構(gòu)件的實(shí)驗(yàn)研究及現(xiàn)場(chǎng)服役監(jiān)測(cè)提供技術(shù)支持。
1,、硬件系統(tǒng)
搭建的熱-力耦合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖1所示,。整個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包括加熱設(shè)備、恒流直流電源,、數(shù)據(jù)采集卡和傳感器模塊,。加熱設(shè)備為采用PID程序控制的立式管式爐，能夠滿足實(shí)驗(yàn)的精度需要,。直流電源為艾德克斯IT6832,，可提供0~32 V、0~6 A的調(diào)節(jié)范圍,，恒流模式下精度為0.2%,，設(shè)定值+10 mA。采用NI USB-6009數(shù)據(jù)采集卡對(duì)熱-電耦合實(shí)驗(yàn)中的電壓信號(hào)進(jìn)行采集,，數(shù)據(jù)采集卡提供有8個(gè)模擬輸入通道,，單通道最大采樣率為48 kS/s，允許的輸入量程為±10 V,。傳感模塊包括霍爾電流傳感器,、霍爾電壓傳感器、溫度傳感器及信號(hào)放大電路組成和位移傳感器,?；魻栯娏鱾鞲衅鳛镃HB-25NP，通過選擇5 A的量程范圍可以對(duì)0±7 A的直流,、交流及脈沖電流信號(hào)進(jìn)行測(cè)量,，輸出與原邊相同波形的電流信號(hào)，配合放大電路使其輸出為電壓信號(hào),。電壓傳感器選擇CHV-25P,，原邊輸入范圍為0±14 mA,，輸出端同樣為電流信號(hào),，需要配合放大電路轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。溫度傳感器為K型熱電偶搭配AD8495芯片對(duì)其進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，測(cè)量實(shí)驗(yàn)溫度的變化值,。DA-5直線位移傳感器分辨率為0.1 μm,，可輸出0±5 V范圍的電壓值,，測(cè)量在熱-力耦合過程中位移的變化范圍,。采用立式加熱爐進(jìn)行加熱，底部砝碼連接夾具施加豎直方向的載荷力,。
2 軟件系統(tǒng)
軟件系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊,、數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。軟件系統(tǒng)主要對(duì)長(zhǎng)時(shí)間的熱-力耦合過程施加在復(fù)合構(gòu)件上的電流信號(hào),，產(chǎn)生的電壓信號(hào),、實(shí)驗(yàn)溫度以及縱向位移量等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理和儲(chǔ)存,，然后計(jì)算出實(shí)驗(yàn)過程中的動(dòng)態(tài)電阻和延伸率,。
系統(tǒng)前面板主要由采集路徑設(shè)置、通道設(shè)置,、采樣設(shè)置,、數(shù)據(jù)顯示界面組成，如圖2所示,。實(shí)驗(yàn)時(shí)可對(duì)文件存儲(chǔ)路徑,、采集通道、采樣率等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,，同時(shí)設(shè)置均值時(shí)間,，以滿足不同的精度需求。在軟件系統(tǒng)上主要有DAQmx創(chuàng)建采集通道,、采樣時(shí)鐘以及讀取設(shè)置完成對(duì)各路電壓信號(hào)的同步采集,。數(shù)據(jù)處理模塊要求較高的采樣率以及采樣精度的同時(shí)，還需要盡可能產(chǎn)生少的數(shù)據(jù)量,。對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行均值化處理可以消除在量綱和數(shù)量上的影響,，全面反映出原始數(shù)據(jù)中的變異程度使結(jié)果更加準(zhǔn)確。均勻化處理用式（1）表明：
式中 P為采樣率,；t為均值時(shí)間,；x1為處理后數(shù)據(jù)。
對(duì)處理后各通道數(shù)據(jù)增加標(biāo)簽和相應(yīng)時(shí)間,，以文本的形式儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)中。程序的后面板如圖3所示,。
總結(jié)
?。?）利用LabVIEW開發(fā)了一套適合長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行異質(zhì)構(gòu)件熱-力耦合實(shí)驗(yàn)的采集系統(tǒng),，系統(tǒng)具有采集精度高、可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),，通過對(duì)動(dòng)態(tài)電阻的采集分析得出復(fù)合構(gòu)件可靠性的評(píng)估,。
（2）通過鋁/鋼連續(xù)驅(qū)動(dòng)焊接構(gòu)件實(shí)例對(duì)采集系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證,。宏觀上構(gòu)件延伸率的增加導(dǎo)致界面位置出現(xiàn)明顯的頸縮現(xiàn)象,。微觀上依據(jù)動(dòng)態(tài)電阻的變化可以分為穩(wěn)態(tài)期、裂紋萌生期,、深塑區(qū)裂紋擴(kuò)展期,、界面穩(wěn)定期四個(gè)階段。利用電阻檢測(cè)技術(shù),，揭示了裂紋在鋁鋼復(fù)合構(gòu)件深塑區(qū)的演變趨勢(shì),。