随着检测与测控技术的迅猛发展，智能检测在材料性能检测中的应用日益广泛。应用智能检测技术开发的智能化热膨胀检测应用系统具有精度高、功能完善、性能稳定、资金投入小等特点，有广阔的推广应用前景。
1 系统原理
1.1检测原理
与温度变化相应的样品单位长度上的变化称为“线性热膨胀”，以ΔL/L0表示，其中ΔL是观测到的长度变化，L0是基准温度t0下的样品长度。在t1和t2温度间的平均线性热膨胀系数α的定义是：
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式中 L1—t1温度下的样品长度；
L2——t2温度下的样品长度；
α——单位温度下的线性热膨胀，单位是１/℃，也常以10-6/℃做单位。
1.2 系统工作原理
智能化热膨胀检测应用系统的主要机械组成包括试验平台、加热炉、石英套管等。其中试验平台上装有导轨和支架，可使加热炉沿导轨移动，便于试样的取放。试样放置在石英套管内，一端与石英套管接触，另一端与石英套管内的石英棒相抵。石英棒与位移传感器接触，可将试样的微小膨胀量传送到位移传感器并转换成电信号供数据采集系统进行采集。考虑到石英组件的热膨胀影响，按下式计算平均线膨胀系数：
(2)
式中 αq——石英玻璃的平均线性热膨胀系数，一般取0.55×10-6/℃ 。
2 系统组成
2.1 硬件组成
智能化热膨胀检测应用系统的硬件组成主要包括上位PC机、数据采集系统、温度控制器三大部分。PC机与温度控制器采用串行通信，可以通过PC机端的应用程序对温度控制器的控制参数进行设定，也可以直接通过温度控制器面板上的按钮进行设定，进而输出控制信号对加热炉进行控制；待测参量的获取主要由PC机应用程序中的数据采集模块与数据采集电路配合使用，由PC机应用程序对数据采集任务的相关参数进行设定，调用相关函数来控制数据采集电路，实现待测参量的采集、显示、存贮等，并由PC机应用程序中的数据处理模块对数据进行相应处理，得出结果。系统框图见图1。
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图1 系统框图
硬件电路部分主要包括：数据采集电路、信号调理电路、温控电路、串口通信电路等。 (1)数据采集电路是系统的核心组成部分，主要由A/D转换芯片B.B.ADS774和D/A转换芯片B.B.DAC7541构成。完成对被测信号的采集，送入PC机进行处理。(2)信号调理电路，主要进行信号的隔离、放大、滤波等。(3)温控电路是系统的重要组成部分。将温度信号送入单片机并计算出各种控制量，经光电隔离电路和输出驱动电路输出。(4)串口通信电路，采用MAX3480芯片，实现与PC机的通信。
2.2 软件设计
智能化热膨胀检测应用系统上位机应用软件由C++BUILDER6.0及其数据库开发工具完成，包括数据采集模块、串口通信模块和数据库应用模块三部分。
2.2.1 数据采集模块 数据采集模块的主要功能是实现被测信号的采集，并将采集到的数据导入数据库中以备其它模块进行相应的调用及处理。数据采集模块流程如图2所示。
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图2 数据采集模块流程
参数设置：包括采样信号输入通道设置、通道增益设置、采样频率设置、量程设置、触发方式设置等。
初始化：启动板卡函数，获得设备编号及相应的句柄指针。
A/D转换：按照设定的采样频率，对各个通道进行巡回采样，调用A/D转换函数进行转换。
物理量转换：根据传感器的性质及输入输出关系，调用相应的转换函数，将A/D转换后的数据还原为检测的物理量，如温度、膨胀量等。例如：TempTransferK(float x)为镍铬-镍硅型(K型)热电偶转换函数，TempTransferS(float x)为铂铑-铂型(S型)热电偶转换函数，DisplaceTransfer(float x)为直流差动变压器位移传感器转换函数。
2.2.2 串口通信模块 Microsoft的Visual Basic中提供的MSComm控件(ActiveX控件)，为用户在Windows界面下的应用程序中创建串口通信功能提供了既简便又快捷的方案。但是在用C++ BUILDER来编写串行通信程序时，并没有现成的控件可用，为此需要用到几个Windows API函数，如OpenFile、CloseFile、GetCommState、SetCommState等。
2.2.3 数据库应用模块 智能热膨胀检测应用系统使用BDE与数据库连接，主要任务就是从数据库引擎获得数据，并将数据显示给用户，以及将用户对数据库的请求反馈到数据库引擎中，并由BDE负责和数据库交互，从而完成用户与数据库的交互。系统中的数据库应用模块所连接的后端数据库是MS Access。MS Access是功能完备的关系数据库管理系统(RDBMS)，提供管理大量数据所需要的数据定义、数据操作和数据控制特征。数据库应用模块流程如图3所示。
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图3 数据库应用模块流程
3 实验结果与分析
应用智能化热膨胀检测应用系统测量45#钢、黄铜(H62)的膨胀系数以及45#钢的临界点，并将测量值与文献值进行比较，以确定系统的测量精度。
根据系统检测的数据，计算出45#钢和黄铜(H62)在各温度下的平均线膨胀系数。在室温～100℃范围内，测得45#钢的线膨胀系数为11.58×10-6/℃，文献值为11.70×10-6/℃，相对误差为1%；在25～300℃范围内， 系统测得黄铜(H62)的线膨胀系数为20.14×10-6/℃，文献值为20.6×10-6/℃，相对误差为2%。
利用智能化热膨胀检测应用系统测定45#钢的临界点值如表1所示。
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表1 45#钢临界点测定结果
实验表明，利用智能化热膨胀检测应用系统测定金属材料的膨胀系数以及钢铁材料的临界点，具有检测精度高、稳定性好、操作简便等优点。
4 结 论
4.1 智能化热膨胀检测应用系统采用智能检测技术设计，系统功能完善，操作界面简洁、友好。
4.2 采用智能化热膨胀检测应用系统测定金属材料的膨胀系数以及钢铁材料的临界点，具有精度高、稳定性好、操作简便等优点。
4..3 智能化热膨胀检测应用系统可以实现检测过程的实时监控、实验数据完整的存贮及处理，为实验分析提供完备的数据资料。
