專利名稱：一種基于計算機的流變測試控制方法及系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及測試儀器領域，尤其是材料流變特性測試系統(tǒng)。
背景技術：
流變儀是材料流變特性測試的必備儀器，廣泛應用于塑料、石化、泥土、血液等領 域的技術研究與分析。按工作原理不同，流變儀可以分為毛細管流變儀、轉矩流變儀和旋轉 流變儀等。毛細管流變儀由于剪切速率范圍較寬因而應用最廣。申請?zhí)枮?00810143934. 5的中國專利介紹了一種聚合物復合材料流變特性測試 方法及其裝置，它能夠測量聚合物復合材料在物理場強化作用下的擠出成型過程、毛細管 擠出過程、注射成型過程的流變行為，還能測量當加工條件和參數按特定程序變化時聚合 物復合材料的流變行為。但是，上述發(fā)明沒有實現(xiàn)流變特性測試的自動化，使用人員需要操作大量專業(yè)開 關與儀表，沒有實現(xiàn)實驗過程中海量測量數據的實時保存，不能靈活地切換測試速率，測試 過程中溫度的控制點在料筒上而不是在被測試樣上、影響了材料流變特性測試的精度。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種通過計算機控制流變測試裝置自動完成材料流變特 性測試的方法及系統(tǒng)，使得流變測試的操作簡便、測試條件(如速率、溫度)控制準確、自動 完成測試數據的采集與處理，從而實現(xiàn)流變測試的自動化、精密化。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的—種基于計算機的流變測試的控制方法，包括如下步驟A)、首先從軟件界面接受用戶輸入，保存測試溫度、測試速率序列、預熱時間、測試 速率切換的控制方式和切換觸發(fā)值到內存中，其中測試溫度是指料筒內試樣的溫度，而測 試速率切換的控制方式包括限定時間、限定柱塞桿的移動距離、限定實時壓力測量數據的 波動范圍、手動切換4種，切換觸發(fā)值即為各種方式下相應條件的閥值；B)、然后進行測試速率序列中第一個速率下的測試，并保存測試數據；C)、進行“測試速率切換的控制方式”所指定的切換條件的判斷，如果條件不滿足 則重復B、C步驟，即繼續(xù)當前速率下的測試；D)、當切換條件滿足后，切換測試速率至測試速率序列中的下一速率進行測試，并 保存測試數據；E)、重復C、D步驟直至完成測試速率序列中全部速率下的測試；F)、進行測試數據的分析、處理，并將處理結果顯示在軟件界面上，同時保存處理結果。一種實現(xiàn)上述控制方法的材料流變特性測試系統(tǒng)，它包括微型計算機、流變特性 測試軟件、信號采集卡、可編程控制器和毛細管型流變測試裝置；其中，微型計算機通過標 準接口與信號采集卡、可編程控制器通信，信號采集卡分別與壓力傳感器、溫度傳感器、位
4移傳感器連接，可編程控制器分別與電動機、加熱器連接；所述的流變特性測試軟件包括以 下模塊A)、儀器動作控制模塊從軟件界面接受指令后通過標準計算機通信接口把電動 機正轉、反轉、停止、速率信息下發(fā)給可編程控制器，以此實現(xiàn)對流變測試過程中柱塞桿運 動的控制，把加熱器上電、斷電、溫度信息下發(fā)給可編程控制器，以此實現(xiàn)溫度控制；B)、實驗方案設置模塊從軟件操作界面接受用戶輸入后，保存測試溫度、測試速 率序列、預熱時間、測試速率切換的控制方式和切換觸發(fā)值到內存中；C)、測試過程控制模塊依據實驗方案設置模塊中的實驗設定值，調用儀器動作控 制模塊驅動柱塞桿、加熱器按預期的方式進行測試動作；D)、信號實時采集與處理模塊通過標準計算機通信接口獲取信號采集卡傳送上 來的溫度、壓力、位移測量信號，并將它們實時保存，同時經過信號濾波、單位轉換、流變模 型求解，得出實時的壓力、速率和粘度結果，并在軟件界面上實時顯示當前的壓力、速率、溫 度測量數據供用戶跟蹤分析。本發(fā)明具有操作簡便、測試條件(如速率、溫度)控制準確的特點；由于本發(fā)明引 入了速率切換自動控制機制，減少了人工讀數造成的壓力數據測量偏差，提高了壓力數據 的準確度，同時本發(fā)明將測試溫度控制點由料筒(常規(guī)的溫度控制點)改進到被測試樣上， 進一步提升了材料流變特性測試的準確性。


圖1為本發(fā)明的控制方法流程圖。圖2為本發(fā)明的材料流變特性測試系統(tǒng)結構示意圖。圖中1、微型計算機；2、可編程控制器；3、信號采集卡；4、毛細管型流變測試裝 置；5、料筒；6、柱塞桿；7、毛細管口模；8、壓力傳感器；9、溫度傳感器；10、位移傳感器；11、 電動機；12、加熱器。
具體實施例方式以下結合附圖詳細描述本發(fā)明的具體實施方式
。要進行流變測試，用戶需要首先打開儀器電源，開啟微型計算機(1)。從微型計算機(1)啟動流變特性測試軟件后，用戶在流變特性測試軟件的界面上 按提示輸入實驗方案的相關設定值，包括測試溫度、預熱時間、測試速率序列、測試速率切 換的控制方式、切換觸發(fā)值。其中測試速率切換的控制方式有以下四種供用戶選定其一一 是當前測試速率下所用時間超過用戶在“切換觸發(fā)值”中指定的時間，二是當前測試速率下 柱塞桿移動距離超過用戶在“切換觸發(fā)值”中指定的長度，三是實時測得的壓力信號變化幅 度小于用戶在“切換觸發(fā)值”中指定的壓力波動值，四是測試過程中用戶手動從軟件下發(fā)了 即時的切換指令。每一參數都有一系統(tǒng)默認值，如測試速率切換的控制方式系統(tǒng)默認就是 第四種方式。測試速率序列通過在軟件界面上逐個輸入，或者在界面上輸入上限、下限、個 數后由程序自動計算得出。完成實驗方案設置后，用戶點擊開始測試命令，測試過程控制模塊依據用戶設定 的測試溫度，通過調用儀器動作控制模塊向可編程控制器(2)傳達加熱器(12)上電、加熱目標溫度值信息，據此加熱器(12)啟動工作；同時，測試過程控制模塊啟動軟件計時，當計 時時間超過用戶設定的保溫時間后，測試過程控制模塊調用儀器動作控制模塊向可編程控 制器(2)傳達電動機(11)正轉、測試速率序列中的第一個速率信息，電動機(11)據此驅動 柱塞桿(6)下行開始第一個速率下的測試；測試過程控制模塊啟動一個循環(huán)程序來判斷觸 發(fā)測試速率切換的條件是否滿足，如果條件滿足則變換電動機(11)速率至下一測試速率， 其中觸發(fā)條件由用戶在實驗方案設置中指定為時間長度、柱塞桿的移動距離、壓力信號變 化幅度、用戶的即時指令四者之一；在測試過程控制模塊的控制下，毛細管型流變測試裝置 (4)逐一完成測試速率序列中全部速率值的測試動作，從而實現(xiàn)測試動作的自動化。在測試過程控制模塊下發(fā)測試速率序列中第一個速率的同時，信號實時采集與處 理模塊啟動。它通過標準計算機通信接口如USB接口從信號采集卡(3)接收到壓力傳感 器(8)、位移傳感器(10)、溫度傳感器(9)的測量信號，首先將它們保存在隊列結構形式的 一內存空間中，然后在另一并行執(zhí)行的程序中取出該隊列數據結構中的數據寫入外存如硬 盤，以備事后進行實驗分析，實現(xiàn)了保存海量數據的同時不影響材料流變特性測試系統(tǒng)的 實時響應性能；同時，經過信號濾波、單位轉換、流變模型求解，得出實時的壓力、速率和粘 度結果，在軟件界面上實時顯示當前的壓力、速率、溫度測量數據供用戶跟蹤分析實驗過程 與實驗細節(jié)。綜上所述，在本發(fā)明的系統(tǒng)下流變測試實驗操作步驟有一、打開儀器電源，啟動微型計算機(1)；二、運行流變特性測試軟件；三、在流變特性測試軟件中設定好實驗方案如測試溫度、剪切速率；四、點擊開始測試命令；五、等待實驗自動完成后查看測試結果。這一基于計算機的材料流變特性測試系統(tǒng)，實現(xiàn)了流變特性測試過程的自動化。在溫度測量方面，現(xiàn)有的流變測試設備都是控制料筒溫度，也就是溫度傳感器(9) 插入料筒(5)內但不會穿過料筒壁刺入試樣內。經過比對測試發(fā)現(xiàn)，當料筒的溫度達到200 攝氏度時，試樣實際溫度約為185攝氏度。據此本發(fā)明將溫度傳感器(9)穿過料筒(5)壁 刺入空腔內，與試樣直接接觸，從而減小溫度偏差，提高了材料流變特性測試的準確性。
權利要求
一種基于計算機的流變測試的控制方法，其特征在于包含如下步驟A)、首先從軟件界面接受用戶輸入，保存測試溫度、測試速率序列、預熱時間、測試速率切換的控制方式和切換觸發(fā)值到內存中；B)、然后進行測試速率序列中第一個速率下的測試，并保存測試數據；C)、進行“測試速率切換的控制方式”所指定的切換條件的判斷，如果條件不滿足則重復B、C步驟，即繼續(xù)當前速率下的測試；D)、當切換條件滿足后，切換測試速率至測試速率序列中的下一速率進行測試，并保存測試數據；E)、重復C、D步驟直至完成測試速率序列中全部速率下的測試；F)、進行測試數據的分析、處理，并將處理結果顯示在軟件界面上，同時保存處理結果。
2.根據權利要求1所述的一種基于計算機的流變測試的控制方法，其特征在于所述測 試速率切換的控制方式包括如下四種一是當前測試速率下用時超過用戶在切換觸發(fā)值中預先指定的時間；二是當前測試速率下柱塞桿移動距離超過用戶在切換觸發(fā)值中預先指定的長度；三是實時測得的壓力數據變化幅度小于用戶在切換觸發(fā)值中預先指定的壓力波動值；四是用戶手動從軟件下發(fā)了即時的切換指令。
3.根據權利要求1所述的一種基于計算機的流變測試的控制方法，其特征在于所述的 測試數據首先保存在隊列結構形式的一內存空間中，然后以另一并行執(zhí)行的程序取出該隊 列中的數據進行寫入外存操作，實現(xiàn)了保存海量的時間、位移、壓力數據的同時不影響流變 測試過程的實時響應性能。
4.根據權利要求1所述的一種基于計算機的流變測試的控制方法，其特征在于所述的 測試溫度是料筒內試樣的溫度。
5.一種實現(xiàn)如權利要求1所述“一種基于計算機的流變測試的控制方法”的測試系統(tǒng)， 其特征在于它包括微型計算機(1)、流變特性測試軟件、可編程控制器(2)、信號采集卡 ⑶和毛細管型流變測試裝置⑷；其中，微型計算機⑴通過標準接口與信號采集卡(3)、 可編程控制器(2)通信，信號采集卡(3)分別與壓力傳感器(8)、溫度傳感器(9)、位移傳感 器(10)連接，可編程控制器(2)分別與電動機(11)、加熱器(12)連接；所述的流變特性測 試軟件包括以下模塊A)、儀器動作控制模塊從軟件界面接受指令后通過標準計算機通信接口把電動機 (11)正轉、反轉、停止、速率信息下發(fā)給可編程控制器，以此實現(xiàn)對流變測試過程中柱塞桿 (6)運動的控制，把加熱器(12)上電、斷電、溫度信息下發(fā)給可編程控制器⑵，以此實現(xiàn)溫 度控制；B)、實驗方案設置模塊從軟件操作界面接受用戶輸入后，保存測試溫度、測試速率序 列、預熱時間、測試速率切換的控制方式和切換觸發(fā)值到內存中；C)、測試過程控制模塊依據實驗方案設置模塊中的實驗設定值，調用儀器動作控制模 塊驅動柱塞桿(6)、加熱器(12)按預期的方式進行測試動作；D)、信號實時采集與處理模塊通過標準計算機通信接口獲取信號采集卡(3)傳送上 來的溫度、壓力、位移測量信號，并將它們實時保存，同時經過信號濾波、單位轉換、流變模型求解，得出實時的壓力、速率和粘度結果，并在軟件界面上實時顯示當前的壓力、速率、溫 度測量數據供用戶跟蹤分析。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種基于計算機的流變測試過程的控制方法及系統(tǒng)進行流變測試時用戶首先從微型計算機啟動流變特性測試軟件，按提示輸入實驗方案的相關設定值后，流變測試裝置從測試速率序列中第一個速率開始進行測試；測試過程中周期性地進行測試速率切換條件的判斷，如果條件不滿足則繼續(xù)當前速率下的測試，條件滿足則切換測試速率至測試速率序列中的下一速率進行測試；重復上述過程直至完成測試速率序列中全部速率下的測試，最后對測試數據進行分析、處理，并將處理結果顯示在軟件界面上，同時保存處理結果。本發(fā)明實現(xiàn)了流變測試過程的自動化，并提高了壓力、溫度數據的準確性，具有操作簡便、測試準確的優(yōu)點。
文檔編號G01N11/04GK101858843SQ20101017250
公開日2010年10月13日 申請日期2010年5月14日 優(yōu)先權日2010年5月14日
發(fā)明者劉躍軍, 李祥剛, 趙素華, 黃宇剛 申請人:湖南工業(yè)大學