一種管材內徑、外徑、壁厚在線檢測系統(tǒng)

一種管材內徑、外徑、壁厚在線檢測系統(tǒng)

摘 要：本文介紹了一種用于管材內徑、外徑、壁厚的在線檢測系統(tǒng)，詳細說明了其檢測系統(tǒng)的結構組成，測量原理，硬件電路和軟件設計。
關鍵詞：內徑 外徑 壁厚 在線檢測 位移傳感器

1 引言
在鍋爐壓力容器等行業(yè)中，管材是常用的原材料，目前對其內徑、外徑及壁厚的檢測主要是使用卡尺等計量器具，該種方法主要缺點是人為因素使其測量誤差較大、勞動強度高、效率低?本文介紹了一種用于管材內徑、外徑及壁厚的在線檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)實現(xiàn)了檢測自動化，提高了檢測精度。
2 結構組成
該檢測裝置組成結構如圖l所示，在一個固定的支架上，在同一個豎軸方向安裝4個相同電感位移傳感器A、B、C、D，通過支架上的圓孔用導線接到一個控制盒中。在控制盒裝有放大器、A／D轉換器，單片機系統(tǒng)、微型打印機、顯示器、鍵盤等。檢測時把被測管材送入支架槽內，此時電感位移傳感器輸出信號通過放大器放大、A／D轉換器轉換后送入單片機系統(tǒng)，單片機系統(tǒng)采集到信號后經(jīng)進行處理，顯示及打印。

3 檢測原理
檢測裝置的支架尺寸根據(jù)被檢測管材內外徑所確定，在進行檢測之前需對檢測裝置進行標定，方法是根據(jù)被測管材內徑、外徑、管壁的尺寸來加工一個精密管材作為本檢測裝置的標準管材，把標準管材送入支架內，檢測裝置對此進行檢測后，在顯示器或打印機上有一個標準參數(shù)值，同時此參數(shù)值存入單片機內作為其標準值。在實際檢測被測管材時，檢測系統(tǒng)同樣檢測其參數(shù)值，并把被測管材值與標準值管材相比較可求出被測管材的內徑、外徑、管壁值。
設標準管材的內徑為d０，外徑為D０，支架槽內圓柱直徑為m０，支架槽內徑為材M０，被測管材的內徑為d，外徑為D，將標準管材送入支架槽內對檢測裝置進行時，如圖2、3所示，則標準管材內徑：

式中rB、rＣ——電感位移傳感器B、C在標準管材同一直徑方向上的位移量。

則標準管材外徑：

式中rＡ、rＤ——電感位移傳感器Ａ、Ｄ在標準管材中同一直徑方向上的位移量。
同理將被測管材送入支架槽內檢測時，如圖4、5所示，則被測管材內徑：

則被測材外徑：

(8)
綜上所述由(6)式、(8)式可知只要檢測出被測管材內徑、外徑相對于標準管材內徑、外徑的位移量，加上標準管材內徑、外徑就可得到被測管材的內徑、外徑值。

則(6)式可得為：

這里C—一電感位移傳感器輸出信號與數(shù)字量的轉換系數(shù)。
由(9)、(10)式可以看出，只要把電感位移傳感器在標準管材中位移量ΔＵ1、ΔＵ3，電感位移傳感器在被測管材中的位移量ΔＵ2、ΔＵ4和標準管材的內徑、外徑就可由(9)、(10)計算出被測管材的內徑和外徑值。由(10)－（９）式得被測管材的壁厚：

由式(11)可以看出只被測管材內徑、外徑時直接計算出被測管材壁厚或直接測得。
4 硬件電路?
4.1 單片機系統(tǒng)?
單片機是微計算機中一個重要分支，它把?CPU、I/O接口、定時器、計數(shù)器、存貯器都做在一個芯片上，且隨著微電子技術飛速發(fā)展其價格已經(jīng)很便宜，且種類繁多，這里選擇應用很多的一種單片機ATMEL 89C51作為檢測控制核心。
89C51具有4個I/O接口，2個定時計數(shù)器，有5個中斷級，128個字節(jié)數(shù)據(jù)存貯器，4K程序存貯器(可電擦除)，與MCS-51系統(tǒng)單片機兼容。
4.2 微型打印機
微型打印機是單片機應用系統(tǒng)中常用外部設備。通常使用有TPMP40A／16A、GPl6、PP40等，這種微型打印機都能滿足本檢測系統(tǒng)打印要求，但選擇微型打印機首先要考慮其使用壽命。本檢測系統(tǒng)選用PP40繪圖打印機不但可以打印數(shù)字、字母、字符等，還可以打印圖形，而且其使用壽命較長。
4.3 A／D轉換器
由于本檢測系統(tǒng)共有4個電感位移傳感器，選擇A／D轉換器時要求A／D轉換器內有模擬電子開關，這里選擇ADC0809 8路逐次逼近式A／D轉換器，轉換速度、精度都能滿足本檢測系統(tǒng)的要求。
4.4 放大器
放大器是把電感位移傳感器輸出的毫伏級電壓信號轉換成幾伏的電壓信號，要求放大器是低漂移、低失調、滿足精度要求。這里選用7650運算放大器，其電路非常簡單，在很多資料中均能查到。
5 軟件設計
檢測系統(tǒng)程序框圖如圖6所示，整個檢測控制均由檢測系統(tǒng)的鍵盤來控制，系統(tǒng)上電時，首先進行初始化，再對檢測系統(tǒng)輸入標準管材的內徑d0和外徑D0值，再對標準管材進行檢測，求出ΔU１，和ΔU3值，最后進行對被測管材的檢測，求出ΔU２，和ΔU4值。為了提高檢測系統(tǒng)的精度，需對標準管材和被測管材的ΔU１、ΔU3、ΔU2、ΔU4進行連續(xù)10次測量，求出取平均值作為準確值代入(9)、(10)、(11)中計算出被測管材的內徑d、外徑D和壁厚δ值，同時在顯示器上顯示和打印此值。

6 結束語
本檢測系統(tǒng)由于體積小，結構簡單，精度高，可制作成便攜式現(xiàn)場在線檢測管材的內徑、外徑、壁厚，尤其適用于大量檢測管材，另外由于采用標準管材與被測管材進行比較的方法和計算機對檢測數(shù)據(jù)進行處理，只要傳感器、放大器、A／D轉換器、支架等對其影響測量結果的參數(shù)穩(wěn)定，這樣就大大降低了元器件、機加件等參數(shù)的要求，也使本檢測系統(tǒng)的成本降到最低。所以本檢測系統(tǒng)具有很高性能價格比，完全滿足了各種管材的檢測需要。

參考文獻：

［１］張新義，等．用于精密孔徑測量的數(shù)字塞規(guī)［Ｊ］．《工具技術》，2002?3
［２］何立民．《MCS-51單片機應用系統(tǒng)設計—系統(tǒng)配置與接口技術》［Ｍ］．北京航空航天大學出版杜，1992
［３］張毅剛，等．《MCS-51單片機應用系統(tǒng)設計》［Ｍ］．哈爾濱工業(yè)大學出版社，1997