1前言
    玻璃鋼管是以玻璃纖維為增強材料，樹脂為基體，硅砂為填料等復合而成的一種新型管材，具有耐腐蝕、使用壽命長、比強度高、重量輕、水力性能好等優點，被廣泛應用于給水排水的各類工程中^[1]。玻璃鋼管的長期性能主要是指長期環彎曲應變和長期靜水壓力。本文所涉及為長期環彎曲應變。
    根據國內外的有關設計標準，玻璃鋼管道的設計均以長期（一般為50a）性能指標為基準進行。沒有可靠的長期性能指標則無法進行合理設計，因此必須要有一套完善的長期性能測試方法和設備。目前國內玻璃鋼管道長期性能測試主要是依據美國水工協會標準“Fiberglass Pressure Pipe”（ANSI/AW-WA C950）中提出的ASTM D3681方法^[2]。該方法是對玻璃鋼管試樣施加一個初始形變得到一個初始應變，然后加入0.5mol/l的硫酸，在形變和腐蝕性介質雙重作用下，觀測試樣破壞的時間。根據試樣的初始應變和破壞時間采用雙對數回歸分析方法外推獲得長期環彎曲應變^[3] 。
    為確?；貧w分析的可靠性并能通過較短時間的測試數據外推50a后的數據，ASTM D3681對試樣的破壞時間進行了要求，即至少有一個試樣的破壞時間大于10000h，從而對測試試樣的觀測時間也進行了要求，觀測間隔時間要求見表1。
    由表1可知，在測試初期，觀測試樣是否破壞的頻次很高，需要24h專人看守，后期雖然頻次有所降低，但仍需定時觀測，而該測試的時間至少為10000h，因而需要消耗大量人力物力。即使按要求進行觀測，仍然無法得到其破壞的精確時間,破壞時間不可能恰好發生在觀測當時，實際破壞時間和觀測的破壞時間存在較大誤差。

 
    為降低測試投入獲得更加精確的試樣破壞時間，從而更加方便地進行長期性能測試，得到玻璃鋼管比較可靠的長期性能指標，本文設計一種自動計時裝置，該裝置能自動記錄每個試樣發生破壞的準確時間，不再需要人工按時觀測。由于長期暴露在空氣中的溶液具有揮發效應，測試方法對硫酸液面高度進行了規定，因此該裝置還應具有預警功能，當液面低于該高度時會有預警提示。
2設計原理
    圖1所示為玻璃鋼管測試裝置中玻璃鋼管受壓和腐蝕下的破壞形式。由圖1可以看到，玻璃鋼管道的底部呈較規則的狹長裂口，管道內側的測試溶液硫酸已沿裂口全部流出。

  
    由此，可根據測試裝置情況，設置主要由單片機AT89C51及SN74HC164N移位寄存器構建的計時器裝置，利用外部中斷保存破壞發生時間。給玻璃鋼管道注入測試溶液前，將與外部中斷和電源連接的兩耐硫酸腐蝕性電極分別貼于底部管壁兩側，加入測試溶液后接通外部電源，利用硫酸導電特性使單片機外部中斷引腳處于高電平，數碼管開始記錄通電時間，即記錄玻璃鋼管在變形條件下長期環彎曲應變測試開始后的持續時間。當玻璃鋼管在形變和硫酸腐蝕作用下發生斷裂，硫酸沿裂口流出管道，電極斷開，單片機外部中斷處于低電平，計時器停止計時，單片機仍處于工作狀態將記錄時間保持在數碼管上。這樣，不用按如表1所示的時間間隔人工查看測試裝置，計時器將自動記錄玻璃鋼管斷裂破壞時間。
    計時器還需具備預警功能，當玻璃管內的硫酸低于25.4mm^[2]深度時，提醒測試人員加入硫酸。這可通過在緊挨25.4mm深度的硫酸液面上下各放置一互不接觸的電極，接入蜂鳴器等報警裝置來實現。本文設計中，接入發光二極管實現報警功能。當硫酸液面在規定厚度上時，電極導通，二極管發光；反之，二極管熄滅，提醒測試人員加入硫酸。
    按照測試標準，需要記錄的大時間在10000h以上，時間單位間隔為小時。因此，本計時器將以分鐘為單位開始計時，并顯示四位小時，單次高記錄達9999h。如需延長計時時間，在測試中可先記下計時器上顯示的時間，然后斷開計時器的外部電源，并再次導通，計時器將從零開始計時，計時器實際記錄的時間為顯示時間和此前記錄時間之和。如此重復則可記錄無限長時間。
3計時裝置設計
    AT89C51是一種帶4K字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能CMOS8位微處理器。單片機外接12M晶振，機器周期為1μs，本設計的計時器每60ms觸發一次單片機定時器中斷，當定時器觸發1000次即計時1min。根據設計原理及工作流程將單片機與外部電路連接，并對單片機進行C語言編程實現計時定時功能。單片機控制定時器工作流程如圖2所示。

 
    圖3為單片機及外部中斷電路原理圖。利用單片機內部振蕩器，在引腳X1（19腳）和X2（18腳）兩端接12MHz晶振，構成穩定的自激振蕩器，其發出的脈沖直接送入內部時鐘電路。晶振兩端接30PF電容，對頻率進行微調。INTO處連接外部中斷。其中，接口J1的1、2孔分別接入兩電極，直接貼于測試裝置中玻璃鋼管底部管壁兩側，利用硫酸的導電功能在管道斷裂時引起中斷。3、4孔用來引入由變壓器轉換220V電壓得到的＋5V電壓，作為整個計時器的電源。

 
    圖4所示為時間顯示系統。上部為數碼管，下部為SN74HC164N移位寄存器。圖5所示為當硫酸液面低于25.4mm時的預警系統，由設計原理，在1、2孔接入電極置于25.4mm硫酸深度上下位置以檢測硫酸液面是否低于25.4mm。

 
4結語
    在對玻璃鋼管變形條件下耐化學性測試裝置的研究背景的深入分析理解下，本設計利用單片機AT89C51的定時計時功能實現計時，并合理運用外部中斷實現定時，用SN74HC164N移位寄存器驅動數碼管顯示時間，后根據電路設計原理制作電路板。通過在實際測試環境中的監測和應用，終得到滿足功能需求的計時器裝置。
                    參考文獻
[1] ANSI/AWWAC950-01，Fiberglass Pressure Pipe[S]．
[2] ASTM D3681-01，Standard Test Method for Chemical Resistance of Fiberglass（Glass-Fiber-Reinforced Thermosetting-Resin）Pipe in a Deflected Condition[S]．
[3] CJ/T 3079-1998，玻璃纖維增強塑料夾砂管[S]．