专利名称：一种基于计算机的流变测试控制方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及测试仪器领域，尤其是材料流变特性测试系统。
背景技术：
流变仪是材料流变特性测试的必备仪器，广泛应用于塑料、石化、泥土、血液等领 域的技术研究与分析。按工作原理不同，流变仪可以分为毛细管流变仪、转矩流变仪和旋转 流变仪等。毛细管流变仪由于剪切速率范围较宽因而应用最广。申请号为200810143934. 5的中国专利介绍了一种聚合物复合材料流变特性测试 方法及其装置，它能够测量聚合物复合材料在物理场强化作用下的挤出成型过程、毛细管 挤出过程、注射成型过程的流变行为，还能测量当加工条件和参数按特定程序变化时聚合 物复合材料的流变行为。但是，上述发明没有实现流变特性测试的自动化，使用人员需要操作大量专业开 关与仪表，没有实现实验过程中海量测量数据的实时保存，不能灵活地切换测试速率，测试 过程中温度的控制点在料筒上而不是在被测试样上、影响了材料流变特性测试的精度。

发明内容
本发明的目的在于提供一种通过计算机控制流变测试装置自动完成材料流变特 性测试的方法及系统，使得流变测试的操作简便、测试条件(如速率、温度)控制准确、自动 完成测试数据的采集与处理，从而实现流变测试的自动化、精密化。本发明的目的是通过以下技术方案实现的—种基于计算机的流变测试的控制方法，包括如下步骤A)、首先从软件界面接受用户输入，保存测试温度、测试速率序列、预热时间、测试 速率切换的控制方式和切换触发值到内存中，其中测试温度是指料筒内试样的温度，而测 试速率切换的控制方式包括限定时间、限定柱塞杆的移动距离、限定实时压力测量数据的 波动范围、手动切换4种，切换触发值即为各种方式下相应条件的阀值；B)、然后进行测试速率序列中第一个速率下的测试，并保存测试数据；C)、进行“测试速率切换的控制方式”所指定的切换条件的判断，如果条件不满足 则重复B、C步骤，即继续当前速率下的测试；D)、当切换条件满足后，切换测试速率至测试速率序列中的下一速率进行测试，并 保存测试数据；E)、重复C、D步骤直至完成测试速率序列中全部速率下的测试；F)、进行测试数据的分析、处理，并将处理结果显示在软件界面上，同时保存处理结果。一种实现上述控制方法的材料流变特性测试系统，它包括微型计算机、流变特性 测试软件、信号采集卡、可编程控制器和毛细管型流变测试装置；其中，微型计算机通过标 准接口与信号采集卡、可编程控制器通信，信号采集卡分别与压力传感器、温度传感器、位
4移传感器连接，可编程控制器分别与电动机、加热器连接；所述的流变特性测试软件包括以 下模块A)、仪器动作控制模块从软件界面接受指令后通过标准计算机通信接口把电动 机正转、反转、停止、速率信息下发给可编程控制器，以此实现对流变测试过程中柱塞杆运 动的控制，把加热器上电、断电、温度信息下发给可编程控制器，以此实现温度控制；B)、实验方案设置模块从软件操作界面接受用户输入后，保存测试温度、测试速 率序列、预热时间、测试速率切换的控制方式和切换触发值到内存中；C)、测试过程控制模块依据实验方案设置模块中的实验设定值，调用仪器动作控 制模块驱动柱塞杆、加热器按预期的方式进行测试动作；D)、信号实时采集与处理模块通过标准计算机通信接口获取信号采集卡传送上 来的温度、压力、位移测量信号，并将它们实时保存，同时经过信号滤波、单位转换、流变模 型求解，得出实时的压力、速率和粘度结果，并在软件界面上实时显示当前的压力、速率、温 度测量数据供用户跟踪分析。本发明具有操作简便、测试条件(如速率、温度)控制准确的特点；由于本发明引 入了速率切换自动控制机制，减少了人工读数造成的压力数据测量偏差，提高了压力数据 的准确度，同时本发明将测试温度控制点由料筒(常规的温度控制点)改进到被测试样上， 进一步提升了材料流变特性测试的准确性。


图1为本发明的控制方法流程图。图2为本发明的材料流变特性测试系统结构示意图。图中1、微型计算机；2、可编程控制器；3、信号采集卡；4、毛细管型流变测试装 置；5、料筒；6、柱塞杆；7、毛细管口模；8、压力传感器；9、温度传感器；10、位移传感器；11、 电动机；12、加热器。
具体实施例方式以下结合附图详细描述本发明的具体实施方式
。要进行流变测试，用户需要首先打开仪器电源，开启微型计算机(1)。从微型计算机(1)启动流变特性测试软件后，用户在流变特性测试软件的界面上 按提示输入实验方案的相关设定值，包括测试温度、预热时间、测试速率序列、测试速率切 换的控制方式、切换触发值。其中测试速率切换的控制方式有以下四种供用户选定其一一 是当前测试速率下所用时间超过用户在“切换触发值”中指定的时间，二是当前测试速率下 柱塞杆移动距离超过用户在“切换触发值”中指定的长度，三是实时测得的压力信号变化幅 度小于用户在“切换触发值”中指定的压力波动值，四是测试过程中用户手动从软件下发了 即时的切换指令。每一参数都有一系统默认值，如测试速率切换的控制方式系统默认就是 第四种方式。测试速率序列通过在软件界面上逐个输入，或者在界面上输入上限、下限、个 数后由程序自动计算得出。完成实验方案设置后，用户点击开始测试命令，测试过程控制模块依据用户设定 的测试温度，通过调用仪器动作控制模块向可编程控制器(2)传达加热器(12)上电、加热目标温度值信息，据此加热器(12)启动工作；同时，测试过程控制模块启动软件计时，当计 时时间超过用户设定的保温时间后，测试过程控制模块调用仪器动作控制模块向可编程控 制器(2)传达电动机(11)正转、测试速率序列中的第一个速率信息，电动机(11)据此驱动 柱塞杆(6)下行开始第一个速率下的测试；测试过程控制模块启动一个循环程序来判断触 发测试速率切换的条件是否满足，如果条件满足则变换电动机(11)速率至下一测试速率， 其中触发条件由用户在实验方案设置中指定为时间长度、柱塞杆的移动距离、压力信号变 化幅度、用户的即时指令四者之一；在测试过程控制模块的控制下，毛细管型流变测试装置 (4)逐一完成测试速率序列中全部速率值的测试动作，从而实现测试动作的自动化。在测试过程控制模块下发测试速率序列中第一个速率的同时，信号实时采集与处 理模块启动。它通过标准计算机通信接口如USB接口从信号采集卡(3)接收到压力传感 器(8)、位移传感器(10)、温度传感器(9)的测量信号，首先将它们保存在队列结构形式的 一内存空间中，然后在另一并行执行的程序中取出该队列数据结构中的数据写入外存如硬 盘，以备事后进行实验分析，实现了保存海量数据的同时不影响材料流变特性测试系统的 实时响应性能；同时，经过信号滤波、单位转换、流变模型求解，得出实时的压力、速率和粘 度结果，在软件界面上实时显示当前的压力、速率、温度测量数据供用户跟踪分析实验过程 与实验细节。综上所述，在本发明的系统下流变测试实验操作步骤有一、打开仪器电源，启动微型计算机(1)；二、运行流变特性测试软件；三、在流变特性测试软件中设定好实验方案如测试温度、剪切速率；四、点击开始测试命令；五、等待实验自动完成后查看测试结果。这一基于计算机的材料流变特性测试系统，实现了流变特性测试过程的自动化。在温度测量方面，现有的流变测试设备都是控制料筒温度，也就是温度传感器(9) 插入料筒(5)内但不会穿过料筒壁刺入试样内。经过比对测试发现，当料筒的温度达到200 摄氏度时，试样实际温度约为185摄氏度。据此本发明将温度传感器(9)穿过料筒(5)壁 刺入空腔内，与试样直接接触，从而减小温度偏差，提高了材料流变特性测试的准确性。
权利要求
一种基于计算机的流变测试的控制方法，其特征在于包含如下步骤A)、首先从软件界面接受用户输入，保存测试温度、测试速率序列、预热时间、测试速率切换的控制方式和切换触发值到内存中；B)、然后进行测试速率序列中第一个速率下的测试，并保存测试数据；C)、进行“测试速率切换的控制方式”所指定的切换条件的判断，如果条件不满足则重复B、C步骤，即继续当前速率下的测试；D)、当切换条件满足后，切换测试速率至测试速率序列中的下一速率进行测试，并保存测试数据；E)、重复C、D步骤直至完成测试速率序列中全部速率下的测试；F)、进行测试数据的分析、处理，并将处理结果显示在软件界面上，同时保存处理结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于计算机的流变测试的控制方法，其特征在于所述测 试速率切换的控制方式包括如下四种一是当前测试速率下用时超过用户在切换触发值中预先指定的时间；二是当前测试速率下柱塞杆移动距离超过用户在切换触发值中预先指定的长度；三是实时测得的压力数据变化幅度小于用户在切换触发值中预先指定的压力波动值；四是用户手动从软件下发了即时的切换指令。
3.根据权利要求1所述的一种基于计算机的流变测试的控制方法，其特征在于所述的 测试数据首先保存在队列结构形式的一内存空间中，然后以另一并行执行的程序取出该队 列中的数据进行写入外存操作，实现了保存海量的时间、位移、压力数据的同时不影响流变 测试过程的实时响应性能。
4.根据权利要求1所述的一种基于计算机的流变测试的控制方法，其特征在于所述的 测试温度是料筒内试样的温度。
5.一种实现如权利要求1所述“一种基于计算机的流变测试的控制方法”的测试系统， 其特征在于它包括微型计算机(1)、流变特性测试软件、可编程控制器(2)、信号采集卡 ⑶和毛细管型流变测试装置⑷；其中，微型计算机⑴通过标准接口与信号采集卡(3)、 可编程控制器(2)通信，信号采集卡(3)分别与压力传感器(8)、温度传感器(9)、位移传感 器(10)连接，可编程控制器(2)分别与电动机(11)、加热器(12)连接；所述的流变特性测 试软件包括以下模块A)、仪器动作控制模块从软件界面接受指令后通过标准计算机通信接口把电动机 (11)正转、反转、停止、速率信息下发给可编程控制器，以此实现对流变测试过程中柱塞杆 (6)运动的控制，把加热器(12)上电、断电、温度信息下发给可编程控制器⑵，以此实现温 度控制；B)、实验方案设置模块从软件操作界面接受用户输入后，保存测试温度、测试速率序 列、预热时间、测试速率切换的控制方式和切换触发值到内存中；C)、测试过程控制模块依据实验方案设置模块中的实验设定值，调用仪器动作控制模 块驱动柱塞杆(6)、加热器(12)按预期的方式进行测试动作；D)、信号实时采集与处理模块通过标准计算机通信接口获取信号采集卡(3)传送上 来的温度、压力、位移测量信号，并将它们实时保存，同时经过信号滤波、单位转换、流变模型求解，得出实时的压力、速率和粘度结果，并在软件界面上实时显示当前的压力、速率、温 度测量数据供用户跟踪分析。
全文摘要
本发明公布了一种基于计算机的流变测试过程的控制方法及系统进行流变测试时用户首先从微型计算机启动流变特性测试软件，按提示输入实验方案的相关设定值后，流变测试装置从测试速率序列中第一个速率开始进行测试；测试过程中周期性地进行测试速率切换条件的判断，如果条件不满足则继续当前速率下的测试，条件满足则切换测试速率至测试速率序列中的下一速率进行测试；重复上述过程直至完成测试速率序列中全部速率下的测试，最后对测试数据进行分析、处理，并将处理结果显示在软件界面上，同时保存处理结果。本发明实现了流变测试过程的自动化，并提高了压力、温度数据的准确性，具有操作简便、测试准确的优点。
文档编号G01N11/04GK101858843SQ20101017250
公开日2010年10月13日 申请日期2010年5月14日 优先权日2010年5月14日
发明者刘跃军, 李祥刚, 赵素华, 黄宇刚 申请人:湖南工业大学