1前言
    玻璃钢管是以玻璃纤维为增强材料，树脂为基体，硅砂为填料等复合而成的一种新型管材，具有耐腐蚀、使用寿命长、比强度高、重量轻、水力性能好等优点，被广泛应用于给水排水的各类工程中^[1]。玻璃钢管的长期性能主要是指长期环弯曲应变和长期静水压力。本文所涉及为长期环弯曲应变。
    根据国内外的有关设计标准，玻璃钢管道的设计均以长期（一般为50a）性能指标为基准进行。没有可靠的长期性能指标则无法进行合理设计，因此必须要有一套完善的长期性能测试方法和设备。目前国内玻璃钢管道长期性能测试主要是依据美国水工协会标准“Fiberglass Pressure Pipe”（ANSI/AW-WA C950）中提出的ASTM D3681方法^[2]。该方法是对玻璃钢管试样施加一个初始形变得到一个初始应变，然后加入0.5mol/l的硫酸，在形变和腐蚀性介质双重作用下，观测试样破坏的时间。根据试样的初始应变和破坏时间采用双对数回归分析方法外推获得长期环弯曲应变^[3] 。
    为确保回归分析的可靠性并能通过较短时间的测试数据外推50a后的数据，ASTM D3681对试样的破坏时间进行了要求，即至少有一个试样的破坏时间大于10000h，从而对测试试样的观测时间也进行了要求，观测间隔时间要求见表1。
    由表1可知，在测试初期，观测试样是否破坏的频次很高，需要24h专人看守，后期虽然频次有所降低，但仍需定时观测，而该测试的时间至少为10000h，因而需要消耗大量人力物力。即使按要求进行观测，仍然无法得到其破坏的精确时间,破坏时间不可能恰好发生在观测当时，实际破坏时间和观测的破坏时间存在较大误差。

 
    为降低测试投入获得更加精确的试样破坏时间，从而更加方便地进行长期性能测试，得到玻璃钢管比较可靠的长期性能指标，本文设计一种自动计时装置，该装置能自动记录每个试样发生破坏的准确时间，不再需要人工按时观测。由于长期暴露在空气中的溶液具有挥发效应，测试方法对硫酸液面高度进行了规定，因此该装置还应具有预警功能，当液面低于该高度时会有预警提示。
2设计原理
    图1所示为玻璃钢管测试装置中玻璃钢管受压和腐蚀下的破坏形式。由图1可以看到，玻璃钢管道的底部呈较规则的狭长裂口，管道内侧的测试溶液硫酸已沿裂口全部流出。

  
    由此，可根据测试装置情况，设置主要由单片机AT89C51及SN74HC164N移位寄存器构建的计时器装置，利用外部中断保存破坏发生时间。给玻璃钢管道注入测试溶液前，将与外部中断和电源连接的两耐硫酸腐蚀性电极分别贴于底部管壁两侧，加入测试溶液后接通外部电源，利用硫酸导电特性使单片机外部中断引脚处于高电平，数码管开始记录通电时间，即记录玻璃钢管在变形条件下长期环弯曲应变测试开始后的持续时间。当玻璃钢管在形变和硫酸腐蚀作用下发生断裂，硫酸沿裂口流出管道，电极断开，单片机外部中断处于低电平，计时器停止计时，单片机仍处于工作状态将记录时间保持在数码管上。这样，不用按如表1所示的时间间隔人工查看测试装置，计时器将自动记录玻璃钢管断裂破坏时间。
    计时器还需具备预警功能，当玻璃管内的硫酸低于25.4mm^[2]深度时，提醒测试人员加入硫酸。这可通过在紧挨25.4mm深度的硫酸液面上下各放置一互不接触的电极，接入蜂鸣器等报警装置来实现。本文设计中，接入发光二极管实现报警功能。当硫酸液面在规定厚度上时，电极导通，二极管发光；反之，二极管熄灭，提醒测试人员加入硫酸。
    按照测试标准，需要记录的大时间在10000h以上，时间单位间隔为小时。因此，本计时器将以分钟为单位开始计时，并显示四位小时，单次高记录达9999h。如需延长计时时间，在测试中可先记下计时器上显示的时间，然后断开计时器的外部电源，并再次导通，计时器将从零开始计时，计时器实际记录的时间为显示时间和此前记录时间之和。如此重复则可记录无限长时间。
3计时装置设计
    AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器。单片机外接12M晶振，机器周期为1μs，本设计的计时器每60ms触发一次单片机定时器中断，当定时器触发1000次即计时1min。根据设计原理及工作流程将单片机与外部电路连接，并对单片机进行C语言编程实现计时定时功能。单片机控制定时器工作流程如图2所示。

 
    图3为单片机及外部中断电路原理图。利用单片机内部振荡器，在引脚X1（19脚）和X2（18脚）两端接12MHz晶振，构成稳定的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部时钟电路。晶振两端接30PF电容，对频率进行微调。INTO处连接外部中断。其中，接口J1的1、2孔分别接入两电极，直接贴于测试装置中玻璃钢管底部管壁两侧，利用硫酸的导电功能在管道断裂时引起中断。3、4孔用来引入由变压器转换220V电压得到的＋5V电压，作为整个计时器的电源。

 
    图4所示为时间显示系统。上部为数码管，下部为SN74HC164N移位寄存器。图5所示为当硫酸液面低于25.4mm时的预警系统，由设计原理，在1、2孔接入电极置于25.4mm硫酸深度上下位置以检测硫酸液面是否低于25.4mm。

 
4结语
    在对玻璃钢管变形条件下耐化学性测试装置的研究背景的深入分析理解下，本设计利用单片机AT89C51的定时计时功能实现计时，并合理运用外部中断实现定时，用SN74HC164N移位寄存器驱动数码管显示时间，后根据电路设计原理制作电路板。通过在实际测试环境中的监测和应用，终得到满足功能需求的计时器装置。
                    参考文献
[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，玻璃纤维增强塑料夹砂管[S]．