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基于虚拟仪器的扭矩测试系统的设计与实现

杨阳;唐虹

【摘要】Amoderntorqueautomatictestsystembasedonvirtual

instrumentisdesignedforthedomestictorquewrenchtestequipments

cannotmeetthecurrentdetectionrequirements.Thesystemusesvirtual

instrumentdevelopmentplatformLabWindows/CVI,andconstructslower

computerbasedonsinglechiptorealizeautomaticloadingandprecision

measurementoftorquebyRS485communicationtechnology.The

accuracyofmeasurementreaches3‰throughtherationaldesignof

hardwareandsoftware.Thesoftwareiswrittenaccordingtosoftware

reusetechnologyandithashighqualityandexpansibility.Itimprovesthe

detectionefficiency.%针对国内扭矩扳手检测设备工作效率低下的问题,研究开发

了一款基于虚拟仪器的新型扭矩自动测试系统;系统上位机采用了虚拟仪器开发平

台LabWindows/CVI,下位机辅助平台以单片机为核心构建,利用RS485通讯技术,

实现了对扭矩的自动加载和精确测量；通过合理的软硬件方案设计,使系统最重要

的技术指标测量精度达到了3‰；软件以组件式的设计思想编制,提高了软件的质

量和扩展性；经过实际使用证明,该系统能够显著提高扭矩扳手的检测效率,具有较

高的实用性.

【期刊名称】《计算机测量与控制》

【年(卷),期】2012(020)004

【总页数】4页(P883-886)

【关键词】扭矩测试;虚拟仪器;软件复用;RS-485总线

【作者】杨阳;唐虹

【作者单位】西北工业大学机电学院,陕西西安710072;西北工业大学机电学院,陕

西西安710072

【正文语种】中文

【中图分类】TP302

0引言

扭矩扳手是一种带有扭矩测量机构的拧紧计量器具，应用广泛。每一个合格的扭矩

扳手都有其相应的精度指标。目前国内企业对扭矩扳手检测的方法还停留在使用简

易的测试设备，依靠人工加载测试，尤其对大量程的扳手进行检测非常耗时耗力，

效率低下；测试设备提供的检测信息也仅限于扭矩值。设计出一台能够实现自动加

载测试，功能齐全并且成本低廉，易于扩展维护的扭矩测试系统将会解决以上问题。

现代测控技术与计算机技术紧密结合，是现代测控技术发展的主流[1]。利用成熟

的计算机技术，既增强各项功能，又提高性能。虚拟仪器技术是利用高性能的模块

化硬件，并结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化等应用，充分发挥

了其技术性能高、扩展性强、开发周期短，以及出色的集成等优势。

本系统利用虚拟仪器技术及RS485通讯技术，通过上下位机结合，设计出一款多

功能高精度的扭矩自动测试系统。上位机软件根据软件复用技术设计实现；下位机

以单片机为核心，实现I/O检测处理。其实现了扭矩的自动加载和精确测量，此

外还开发了用户管理、传感器扫描/标定、数据管理等辅助功能。

1系统组成及运作原理

1.1系统组成

要实现自动测试系统需要：（1）改造的机械系统；（2）主控系统；（3）系统驱

动；（4）位置反馈。因而根据设计要求，系统主要由控制器（工控机和单片机）、

静态扭矩传感器（附带智能识别芯片）、数据采集卡、人机界面（触摸屏和操作

板）、伺服驱动器及电机（DELTA）、限位开关和机械加载装置等组成（如图1

所示）。其中工控机和单片机组成了系统的核心控制部分，主要实现数据处理、系

统控制、状态检测等功能。

图1系统组成框图

系统的测试精度要求为3‰（双向满量程的10%～100%），按照检定规程，传

感器的精度必须高于0.1级。对于采集卡的位数选择，假设传感器精度等级为C，

精度满足最小区域为R（%FS），传感器安全过负荷率为L（%FS），传感器灵