Modernizacja maszyny wytrzymałościowej ZE 200
Modernizacja maszyny wytrzymałościowej ZE 200 - komputerowy pomiar siły i przesunięcia liniowego
Dla jednej z polskich uczelni wyższych przeprowadziliśmy modernizację maszyny wytrzymałościowej ZE 200, wyprodukowanej w 1975 roku w Niemieckiej Republice Demokratycznej. W urządzeniu tym nie działały oba mierniki wskazówkowe prezentujące wynik pomiaru przesunięcia liniowego w zakresie 0-500 mm i siły w przedziale 0-200 daN. Niesprawny był również rejestrator z taśmą papierową. Pozostałe elementy mechaniczne maszyny działały bez zarzutu.
Maszyna wytrzymałościowa ZE 200. Rok produkcji 1975.

Stanowisko dydaktyczne z maszyną wytrzymałościową ZE 200

Zaproponowaliśmy rozwiązanie bazujące na komputerze PC ze specjalnie przygotowanym oprogramowaniem do pomiarów, wizualizacji i rejestrowania wyników w trakcie badania wytrzymałości na rozciąganie próbek materiałów.

System do pomiaru przesunięcia liniowego i siły

Pierwszy etap modernizacji polegał na zastąpieniu wbudowanych, mechanicznych układów pomiarowych rozwiązaniami elektronicznymi. Do pomiaru wydłużenia próbki materiału w trakcie testu wykorzystaliśmy indukcyjny czujnik przemieszczenia liniowego LI200P0-Q25LM0-ELIU5X3-H1151 firmy Turck. Czujnik ten pozwala na pomiar przesunięcia liniowego w zakresie 0-400 mm i posiada programowalny zakres pomiarowy ze standardowymi sygnałami analogowymi na wyjściu 0..10 V i 4..20 mA.

Czujnik pomiaru przesunięcia liniowego i czujnik tensometryczny zainstalowanie w maszynie wytrzymałościowej

Czujnik przesunięcia liniowego i czujnik tensometryczny w maszynie wytrzymałościowej ZE 200

Do pomiaru siły działającej w trakcie badania wytrzymałości na rozciąganie zastosowaliśmy czujnik tensometryczny reagujący na rozciąganie  typu „S” model M620 firmy UTILCELL o nominalnej czułości 1,9999 mV/V. Do konwersji wyniku pomiaru na sygnał standardowy użyliśmy przetwornika pomiarowego typ CL 72-3I-420-E-M8 firmy ZEPWN, przeznaczonego do współpracy z tensometrycznymi czujnikami ciśnienia, siły i masy, przy pomiarach sił unipolarnych i bipolarnych. Wzmacniacz przetwornika działa w zakresie 0-200 kg i przetwarza zmierzoną wartość na analogowy sygnał prądowy 4..20 mA.

Standardowymi urządzeniami wykorzystywanymi do przetwarzania sygnałów analogowych na wartości cyfrowe z wysokimi częstotliwościami próbkowania są karty pomiarowe. My jednak wybraliśmy inne rozwiązanie, które w przypadku pomiarów z częstotliwością 50 S/s bardzo dobrze się sprawdziło – uniwersalny moduł pomiarowy ADAE42-ETH firmy WObit. Urządzenie to pozwala między innymi na współpracę z czterema czujnikami dysponującymi wyjściem analogowym napięciowym lub prądowym. Do modułu można także podłączyć do dwóch czujników z wyjściem kwadraturowym.

Uniwersalny moduł pomiarowy ADAE42-ETH firmy WObit.

Uniwersalny moduł pomiarowy ADAE42-ETH firmy WObit

Ogromną zaletą modułu ADAE42-ETH są szerokie możliwości komunikacji z urządzeniami zewnętrznymi, np. komputerem PC. W niewielkiej obudowie znajdziemy dwa interfejsy komunikacyjne – USB i RS485 oraz gniazdo ETHERNET. Umożliwiają one równoczesne podłączenie do urządzeń nadrzędnych (np. sterowników PLC) większej ilości modułów pomiarowych i komunikacji z wykorzystaniem protokołu Modbus RTU (interfejs szeregowy RS485) lub ModbusTCP (Ethernet). Konfigurację modułu wykonaliśmy poprzez port USB z poziomu dołączonej aplikacji ADAE42-PC. Program ten pozwala w intuicyjny sposób ustawić poszczególne parametry urządzenia (np. tryb pracy poszczególnych wejść, prędkość transmisji, adres IP) oraz sprawdzić aktualnie mierzone wartości na każdym z kanałów pomiarowych łącznie z obserwowaniem wyników na wykresie i zapisem do pliku. W naszym systemie pomiarowym wykorzystaliśmy możliwość bezpośredniego połączenia komputera PC z modułem pomiarowym za pomocą przewodu Ethernetowego. Dzięki temu nie był konieczny dodatkowy zakup konwertera np. USB-RS485.

Oprogramowanie do maszyny wytrzymałościowej

Oprogramowanie do maszyny wytrzymałościowej pozwala na przeprowadzenie eksperymentów związanych z badaniem wytrzymałości próbek na rozciąganie. Wyniki pomiarów czujnika przesunięcia liniowego i czujnika tensometrycznego są prezentowane w formie liczbowej oraz wizualizowane za pomocą elementów graficznych. Przed uruchomieniem eksperymentu należy wprowadzić przewidywany czas trwania testu np. 5 sekund. Po naciśnięciu przycisku „Start”, przez zadany okres, co 20 ms realizowane są pomiary wydłużenia i siły. Zmierzone wartości prezentowane są w postaci wykresu.

Oprogramowanie pomiarowe do współpracy z maszyną wytrzymałościową przy badaniu odporności próbek na rozciąganie.

Oprogramowanie pomiarowe do eksperymentowania na maszynie wytrzymałościowej ZE 200

Na potrzeby procesu dydaktycznego w oprogramowaniu przewidzieliśmy opcję wielokrotnego odtworzenia testu z zadanym opóźnieniem. W trybie odtwarzania zebrane w trakcie eksperymentu wyniki pomiarów są umieszczane ponownie na wykresie, lecz z zadanym opóźnieniem. Pozwala to osobie prowadzącej zajęcia dydaktyczne na powtórne prześledzenie przebiegu testu wraz z omówieniem poszczególnych faz procesu rozciągania próbki materiału. Dodatkowo w trakcie odtwarzania przebiegu testu obie osie wykresu pracują w trybie automatycznego skalowania. Dzięki temu nawet niewielkie wydłużenia badanej próbki materiału są prezentowane na całym obszarze wykresu. Opcja „Zapisz” pozwala na wyeksportowanie wyników eksperymentu do pliku .csv na dysku komputera do późniejszych analiz np. przygotowania raportu z eksperymentu.

Jeśli podobne rozwiązanie sprawdzi się w Twoim laboratorium, to chętnie podejmiemy się jego realizacji. 

Zapraszamy do kontaktu!