職業院校實驗實習設備技術改造的探索與實踐
——以熔融指數儀為例

陳 皓,余忠珍 (湖北省工業設計學校,湖北荊州434000)

熔融指數儀是測定熱塑性塑料在一定條件下的熔體流動速率的專用儀器,既適用于熔融溫度較高的聚碳酸酯、尼龍等工程塑料,也適用于ABS樹脂等熔融溫度較低的常規塑料的測試,是塑料高分子專業教學和科研中經常使用的測試儀器。湖北省工業設計學校在20世紀80年代花7000多元從國內某研究所購置了一臺熔融指數儀,但現在該儀器結構陳舊,使用過程中故障頻發,而且制造廠家已停止生產和維修。如果申請報廢該設備,將意味著又需要花上萬元進行采購。鑒于職業院校的設備經費比較緊張,本著節約辦學的精神,筆者通過自己動手設計、改造熔融指數儀,花了不到3000元,最后使其恢復了工作能力,還提升了該儀器的技術水平,同時延長了使用壽命。下面,筆者僅對該儀器的改造實踐做一個小結,并結合該實驗實習設備技術改造的實踐,論述在職業學校中如何對現有實驗實習儀器設備進行改造,提高設備的使用率。

1 設備改造前做好相關功課

設備改造之前必須吃透設備的功能和設備故障情況。要吃透設備的功能,必須先研究設備的相關文件,如設備說明書、設備原理圖紙等。對于設備現有的故障,必須摸準設備的故障以及故障成因,如零部件損耗,是易損件的正常損耗,還是零件設計不合理而引起的工作疲勞損耗。再如工作失靈,究竟是設備老化引起的接觸失效問題,還是原設備設計的問題。只有對設備的功能、原理以及現在的設備狀態做到心中有數,才能對設備進行完善的改造。

筆者所改造的熔融指數儀有許多設計上的問題。比如該儀器的溫度設定方法是最容易引起操作故障的。原溫控系統是梯度的形式,采用2排復雜的按鍵設定溫度:125、150、190～400℃。如果在一個溫度按鍵按下之前,另外一個溫度按鍵沒有彈起復位,或者誤將2排按鍵中各按一個,都將引起溫控失靈。雖然可以購買按鍵按鈕替換,但要提升改造后的設備性能,就必須解決這個設計隱患。筆者在改造中通過各種輸入方式的比較,選擇了撥碼開關調節,設置方便快捷,工作可靠,而且成本低廉。

綜上,筆者認為,只有對設備進行充分的調研,才能在這個基礎上提出具有可實施性的改造方案。因此,設備改造前做好相關功課,是恢復設備工作能力提升設備性能的前提。

2 仔細研究設備儀器相關標準

在設備改造前必須研究設備的各種標準,如果不掌握相關的國家標準和行業標準,設備的精度、可信度就會大打折扣。筆者通過標準技術網 (WWW.BZJSW.COM)查到熔融指數儀的設備標準是GB/T3682-2000。通過研讀發現在GB國標中明確指出了熔融指數儀的標準、校正維護的方法、試驗的標準化方法等。這些標準化的要求,既是對設備改造明確的目標要求,又是改造設備的依據。

下面,筆者對照國標分析熔融指數儀3大組成部分:加熱爐部分、溫度測量系統、溫度控制系統。

1)加熱爐部分 加熱爐部分由爐體、料筒、活塞、口模、砝碼等部件組成。其中爐體中的電加熱器工作正常,予以保留。料筒、活塞、口模、砝碼等機械部件由于保養得還好,可以繼續使用。

2)溫度測量系統 舊溫度測量系統的測溫元件是鉑電阻溫度傳感器,已損壞失效。雖然,鉑電阻溫度傳感器測量精度高,但是測量范圍小、感應慢而且價格高。因為考慮到熱電偶傳感器的價格低,測量范圍廣,精度也可達到要求。所以,在改造中將鉑電阻傳感器更換成熱電偶溫度傳感器。新系統的溫度傳感器采用銅-康銅熱電偶,與原鉑電阻溫度傳感器具有相同的外形尺寸,溫度檢測范圍也相同,為0～400℃。

3)溫度控制系統 舊溫度控制系統采取的是單結晶體管可控硅觸發電路。系統設計于20世紀80年代初,工藝陳舊。維修時也會因無電路圖紙,使得測繪電路圖工作量巨大,而且修復后,其可靠性也不高,再次出故障的可能性大,所以筆者對其全部更新改造。新溫控系統采用整體式比例溫控裝置,由于傳感器與整體溫控為原廠配套,保證了系統的控溫精度。由于熱電偶傳感器有非線性的特性,配套溫度控制裝置內部具有線性補償,通過非線性插值運算保證了溫控線性特性。

3 設備改造工作的成本控制

在設備改造前進行充分的調研,最后確定改造的目標。對職業院校而言,如何達到改造目標,又能將改造的成本控制在一個合理的水平,這是設備改造所必須考慮的。而且,做好設備改造工作的成本控制,是設備改造的基本原則。如在調研中發現,實驗過程中實驗人員的5次切料操作容易造成人為誤差,影響實驗精度。如果改造成自動切料,就可有效的提高設備性能。改造方案有很多,可以對活塞的位移進行測量后分5段進行切料,也可以將位移進行模數轉換后傳輸到計算機進行判斷然后控制切料,也可以將活塞位移進行模數轉換后利用單片機進行判斷然后控制切料。雖然利用模擬量進行控制是成本最低的方案,但是由于現場干擾等因素導致精度不如數字量控制方案。而利用計算機控制靈活性較好,但是成本較高。所以利用單片機進行控制是成本適中,精度較好的控制方式。

4 結 語

筆者通過自己動手設計、改造熔融指數儀,花了不到3000元,最后使其恢復了工作能力,還提升了該儀器的技術水平,同時延長了使用壽命。這次改造花錢不多,但如果不改造直接申請報廢,采購新設備,2方案間的花費相差萬元。

通過對實驗設備進行技術改造,不僅是盤活了設備,而且通過設備的技術改造節約了經費,鍛煉了教師隊伍,為今后學校提高實驗實習設備利用率積累了經驗。