本實(shí)用新型涉及一種壓力體積控制器，尤其涉及一種能精確自動(dòng)控制壓力和測(cè)量體積變化，并實(shí)時(shí)顯示加載數(shù)據(jù)的控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

通常在多種試驗(yàn)研究中，往往需要對(duì)土體、瀝青、巖石、土壤等介質(zhì)施加穩(wěn)定、持久的壓力來(lái)模擬實(shí)際工況中介質(zhì)的應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力歷史，故能提供精確、高效、穩(wěn)定的壓力源，對(duì)于科學(xué)研究以及土木工程設(shè)計(jì)具有重要意義。

目前試驗(yàn)中廣泛采用的壓力源多為電液伺服加載裝置、水壓控制器等設(shè)備，這些設(shè)備在工作介質(zhì)、自動(dòng)化程度、穩(wěn)定性、運(yùn)營(yíng)成本等方面或多或少均存在著一些弊端，例如現(xiàn)在多采用的電液伺服加載裝置因其能夠提供的壓力源較大而得到廣泛的應(yīng)用，但是其體積大，采用油作為工作介質(zhì)，較為單一，對(duì)加載裝置和工作環(huán)境的要求較高，如要求無(wú)塵工作，消耗功率大，且為防止漏油需經(jīng)常更換過(guò)濾器及涂抹抗磨油，精度較低，無(wú)法滿足科學(xué)需要，等等，這些都將增大對(duì)儀器的維護(hù)成本以及試驗(yàn)的運(yùn)營(yíng)成本。

查閱相關(guān)專利，現(xiàn)有技術(shù)在控制器的功能、穩(wěn)定性方面進(jìn)行了進(jìn)一步地改善，如：側(cè)向變形控制器(中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?00910056261.4)，對(duì)常規(guī)控制器進(jìn)行改進(jìn)，使其能夠進(jìn)行側(cè)向變形量及側(cè)向壓力的控制，但是其自動(dòng)化程度較低、體積較大，同時(shí)，其采用指針式壓力表進(jìn)行壓力輸出控制，進(jìn)而壓力在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)波動(dòng)控制，基于此，壓力等信息不能進(jìn)行及時(shí)的伺服反饋，且波動(dòng)控制將影響壓力輸出的準(zhǔn)確性，不具備自動(dòng)穩(wěn)壓功能，故控制精度差，且使用價(jià)值較為局限，試驗(yàn)的可靠性較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

實(shí)用新型目的；本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的可供應(yīng)壓力值偏小，工作介質(zhì)單一，效率低，測(cè)量精度不夠高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)成本和運(yùn)營(yíng)成本高等缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，操作方便，尤其是自動(dòng)化程度高，工作效率高，能夠精確、穩(wěn)定控制壓力并測(cè)量體積變化的用于多種試驗(yàn)的壓力體積控制器。

技術(shù)方案：為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

一種壓力體積控制器，它包括箱體、進(jìn)出水口、拉桿、封閉壓力缸、壓力缸推進(jìn)系統(tǒng)和控制面板，所述的拉桿、封閉壓力缸、壓力缸推進(jìn)系統(tǒng)和控制面板安裝在箱體上，封閉壓力缸的一端與壓力缸推進(jìn)系統(tǒng)相連，封閉壓力缸另一端設(shè)置有進(jìn)出水口；

所述的箱體內(nèi)安裝有電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和電源，箱體的底板上安裝有地腳；

所述的封閉壓力缸包括缸底、缸體和缸蓋，所述的缸底和缸蓋固定在缸體的兩端，缸底和缸蓋之間通過(guò)拉桿連接，所述缸體中安裝有活塞；

所述的壓力缸推進(jìn)系統(tǒng)包括與活塞相連的滾珠絲杠、連接在滾珠絲杠上的聯(lián)軸器、固定在聯(lián)軸器上的減速器、與減速器相連接的電機(jī)(當(dāng)壓力量程≤6MPa時(shí)可采用步進(jìn)電機(jī)，當(dāng)壓力量程＞6MPa時(shí)可采用伺服電機(jī))，所述的電機(jī)安裝在導(dǎo)軌上，可沿著導(dǎo)軌移動(dòng)；導(dǎo)軌固定在箱體內(nèi)的安裝板上；

所述的壓力缸推進(jìn)系統(tǒng)上面罩有罩殼，罩殼通過(guò)罩殼連接件固定在箱體的安裝板上；

所述的導(dǎo)軌左右兩端均安裝有限位開(kāi)關(guān)殼，左右二個(gè)限位開(kāi)關(guān)殼內(nèi)分別安裝有限位片和超微開(kāi)關(guān)；

所述的控制面板下方設(shè)置有LCD顯示屏，LCD顯示屏固定在箱體的安裝板上。

作為優(yōu)選方案，以上所述所述的壓力體積控制器，所述的封閉壓力缸內(nèi)安裝有壓力傳感器。

作為優(yōu)選方案，以上所述的壓力體積控制器，所述的壓力體積控制器通過(guò)超微開(kāi)關(guān)和限位片對(duì)超過(guò)預(yù)設(shè)體積進(jìn)行自動(dòng)保護(hù)。

作為優(yōu)選方案，以上所述的壓力體積控制器，所述的壓力體積控制器內(nèi)部安裝有嵌入式微機(jī)控制系統(tǒng)，根據(jù)壓力傳感器反饋得到的壓力值，嵌入式微機(jī)控制系統(tǒng)內(nèi)部的MUC系統(tǒng)(即嵌入式系統(tǒng))將對(duì)壓力傳感器提供超預(yù)設(shè)壓力保護(hù)功能。

作為優(yōu)選方案，以上所述的壓力體積控制器，所述的壓力體積控制器通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接收到的脈沖信號(hào)測(cè)量體積變化。

作為優(yōu)選方案，以上所述的壓力體積控制器，所述的壓力體積控制器，通過(guò)電機(jī)和減速機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，從而使?jié)L珠絲杠推動(dòng)活塞輸出壓力，并通過(guò)微控制單元MCU系統(tǒng)(嵌入式系統(tǒng))和壓力傳感器進(jìn)行壓力的伺服反饋和控制。

作為優(yōu)選方案，以上所述的壓力體積控制器，所述的壓力體積控制器通過(guò)控制面板設(shè)置線性加載/卸載、線性蠕變和循環(huán)壓力。

作為優(yōu)選方案，以上所述的壓力體積控制器，所述的壓力體積控制器通過(guò)通訊協(xié)議(如RS232、TCP/IP、USB、CAN等)與計(jì)算機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)壓力體積全自動(dòng)控制和壓力體積變化的自動(dòng)采集。

作為優(yōu)選方案，以上所述的壓力體積控制器，所述的缸體采用高精度磨床打磨，缸體直徑一致、誤差小，從而提高了壓力體積控制的精度。

以上所述的壓力體積控制器，所述的壓力體積控制器通過(guò)數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)相連，壓力體積控制器的壓力輸出可根據(jù)需要配置不同的內(nèi)置壓力傳感器，實(shí)現(xiàn)不同壓力的量程，如0.1MPa、2MPa、3MPa、6MPa、20MPa、100MPa等，壓力精度為≤±0.1％·F.S(F.S為全量程)，分辨率為1kPa；體積容量可根據(jù)需要的不同定制，如100ml、250ml、3000ml等，體積精度為≤±0.1％·F.S，體積分辨率為0.001ml。

與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比，本實(shí)用新型的有益效果是：

1、本實(shí)用新型可采用無(wú)氣水、油和氣體等流體作為工作介質(zhì)。

2、本實(shí)用新型可作為多種介質(zhì)試驗(yàn)的壓力源，壓力輸出可根據(jù)不同需要進(jìn)行定制，分辨率為1kPa。

3、本實(shí)用新型在進(jìn)行壓力輸出的同時(shí)，還可以測(cè)量體積變化。

4、本實(shí)用新型能夠形成獨(dú)立的閉環(huán)回路控制，數(shù)據(jù)采集精度和控制精度更高。

5、本實(shí)用新型可獨(dú)立使用，也可與電腦直接相連，進(jìn)行全自動(dòng)控制和壓力體積變化的自動(dòng)采集，自動(dòng)化程度高。

6、本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、適用范圍廣、使用壽命長(zhǎng)可靠性高、穩(wěn)定性好。

附圖說(shuō)明

圖1是壓力體積控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是壓力體積控制器的俯視圖。

圖3是圖2壓力體積控制器沿A-A方向的剖面圖。

圖4是壓力體積控制器的工作原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

參見(jiàn)圖1至圖3，一種壓力體積控制器，它包括箱體1、進(jìn)出水口2、拉桿3、封閉壓力缸4、壓力缸推進(jìn)系統(tǒng)5和控制面板6，所述的拉桿3、封閉壓力缸4、壓力缸推進(jìn)系統(tǒng)5和控制面板6安裝在箱體1上，封閉壓力缸4的一端與壓力缸推進(jìn)系統(tǒng)5相連，封閉壓力缸4另一端設(shè)置有進(jìn)出水口2；

所述的箱體1內(nèi)安裝有電機(jī)驅(qū)動(dòng)器23和電源24，箱體1的底板上安裝有地腳25；

所述的封閉壓力缸4包括缸底7、缸體8和缸蓋9，所述的缸底7和缸蓋9固定在缸體8的兩端，缸底7和缸蓋9之間通過(guò)拉桿3連接，所述缸體8中安裝有活塞10；

所述的壓力缸推進(jìn)系統(tǒng)5包括與活塞10相連的滾珠絲杠11、連接在滾珠絲杠11上的聯(lián)軸器16、固定在聯(lián)軸器16上的減速器17、與減速器17相連接的電機(jī)18，所述的電機(jī)18安裝在導(dǎo)軌12上，導(dǎo)軌12固定在箱體1內(nèi)的安裝板上；

所述的壓力缸推進(jìn)系統(tǒng)5上面罩有罩殼19，罩殼19通過(guò)罩殼連接件20固定在箱體1的安裝板上；

所述的導(dǎo)軌12左右兩端均安裝有限位開(kāi)關(guān)殼13，左右二個(gè)限位開(kāi)關(guān)殼13內(nèi)分別安裝有限位片15和超微開(kāi)關(guān)14；

所述的控制面板6下方設(shè)置有LCD顯示屏21，LCD顯示屏21固定在箱體1的安裝板上。

以上所述的壓力體積控制器，通過(guò)數(shù)據(jù)線與電腦相連，控制壓力體積控制器的壓力輸出，其中壓力輸出可根據(jù)需要配置不同的內(nèi)置壓力傳感器26，實(shí)現(xiàn)不同壓力的量程，如0.1MPa、2MPa、3MPa、6MPa、20MPa、100MPa等，壓力精度為≤±0.1％·F.S(F.S為全量程)，分辨率為1kPa；體積容量可根據(jù)需要的不同定制，如100ml、250ml、3000ml等，體積精度為≤±0.1％·F.S，體積分辨率為0.001ml。

以上所述的壓力體積控制器，通過(guò)電機(jī)18和減速器17驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠11，從而推動(dòng)活塞10輸出壓力，并通過(guò)微控制單元MCU系統(tǒng)(嵌入式系統(tǒng))和壓力傳感器26進(jìn)行壓力的伺服反饋和控制。

以上所述的超微開(kāi)關(guān)14和限位片15分別對(duì)應(yīng)于導(dǎo)軌12的兩端，在封閉壓力缸4注滿水后，電機(jī)18會(huì)觸動(dòng)限位片15，此時(shí)壓力體積控制器將會(huì)自動(dòng)停止注水工作；如果封閉壓力缸4內(nèi)的水完全排空時(shí)，電機(jī)18將觸動(dòng)超微開(kāi)關(guān)14，此時(shí)壓力體積控制器也將自動(dòng)停止排水工作。

以上所述的壓力體積控制器，控制面板6內(nèi)部安裝有微控制單元22(嵌入式MUC系統(tǒng))，根據(jù)壓力傳感器26反饋得到的壓力值，微控制單元22(嵌入式MUC系統(tǒng))將對(duì)壓力傳感器26提供超預(yù)設(shè)壓力保護(hù)功能。

以上所述的壓力體積控制器通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器23接收到的脈沖信號(hào)測(cè)量體積變化。

以上所述的壓力體積控制器通過(guò)控制面板6可設(shè)置線性加載/卸載、線性蠕變和循環(huán)壓力。

以上所述的壓力體積控制器可通過(guò)不同的通訊協(xié)議(如RS232、TCP/IP、USB、CAN等)與計(jì)算機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)壓力體積全自動(dòng)控制和液體體積變化的自動(dòng)采集。

以上所述的壓力體積控制器的缸體8采用高精度磨床打磨，缸體直徑一致、誤差小，從而可提高壓力體積控制的精度。

本實(shí)用新型所述的壓力體積控制器，如圖4所示，工作運(yùn)行指令(注水、排水、加壓)通過(guò)計(jì)算機(jī)或者控制面板6輸入MCU系統(tǒng)(嵌入式系統(tǒng))，MCU系統(tǒng)控制電機(jī)18的速度及轉(zhuǎn)向，并啟動(dòng)電機(jī)內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)，A/D轉(zhuǎn)換器將采集到的壓力模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)發(fā)送給MCU系統(tǒng)，同時(shí)將采集到的壓力與設(shè)置的目標(biāo)壓力值進(jìn)行不斷比較，不斷反饋逐漸向目標(biāo)值逼近，并將采集到的傳感器值用LCD顯示屏顯示；同時(shí)利用脈沖信號(hào)測(cè)量體積變化。

本實(shí)用新型的工作過(guò)程如下：壓力體積控制器根據(jù)用戶在電腦或控制面板6中設(shè)定的目標(biāo)壓力或者體積目標(biāo)值，MCU系統(tǒng)(嵌入式系統(tǒng))接到指令后，通過(guò)啟動(dòng)電機(jī)18和減速器17，帶動(dòng)聯(lián)軸器16使得滾珠絲杠11能夠精確地旋轉(zhuǎn)一定的圈數(shù)或角度，推動(dòng)壓力缸4中的活塞10產(chǎn)生相應(yīng)的壓力，并通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器23接收到的脈沖信號(hào)測(cè)量體積變化。

以上所述，僅為本實(shí)用新型最佳具體實(shí)施方法，但本實(shí)用新型的構(gòu)造特征并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在本實(shí)用新型領(lǐng)域內(nèi)，可輕易思及的變化或修飾，皆可涵蓋在權(quán)力要求范圍內(nèi)。