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电子拉力试验机的工作原理与系统结构

发布:深圳三思纵横科技股份有限公司
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电子拉力试验机的工作原理与系统结构

 

电子式拉力试验机俗称万能材料试验机,是现代电子技术与机械传动技术相结合的产物,是充分发挥了机电各自特长而构成的大型精密测试仪器,可对各种材料进行拉伸、压缩、弯曲、剥离、剪切等多项性能试验,且有测量范围宽、精度高、响应快等特点。

 

工作可靠,效率高,可对试验数据进行实时显示记录、打印。

 

电子式拉力试验机是由测量系统、驱动系统、控制系统及电脑(电脑系统型拉力试验机)等结构组成。

 

测量系统

 

1力值的测量

 

通过测力传感器、放大器和数据处理系统来实现测量,最常用的测力传感器是应变片式传感器。

 

所谓应变片式传感器,就是由【应变片】、弹性元件和某些附件(补偿元件、防护罩、接线插座、加载件组成),能将某种机械量变成电量输出的器件。应变片式的拉、压力传感器国内外种类繁多,主要有筒状力传感器、轮辐式力传感器、S双连孔型传感器、十字梁式传感器等类型。

 

从材料力学上得知,在小变形条件下,一个弹性元件某一点的应变ε与弹性元件所受的力成正比,也与弹性的变形成正比。以S型传感器为例,当传感器受到拉力P的作用时,由于弹性元件表面粘贴有应变片,因为弹性元件的应变与外力P的大小成正比例,故此将应变片接入测量电路中,即可通过测出其输出电压,从而测出力的大小。

 

对于传感器,一般采用差动全桥测量,即将所粘贴的应变片组成桥路,R1R2R3R4,实际为阻值相等的4(8)应变片,即R1=R2=R3=R4,当传感器受到外力(拉力或压力)作用时,传感器弹性元件产生应变而使各电阻值发生变化,其变化值分别为△R1△、R2、△R3、△R4,结果原来平衡的电桥,现在不平衡了,桥路就有电压输出,设△E

 

则△E=[R1R2/(R1R2)2]R1/R1-R2/R2R3/R3-R4/R4)U

 

式中U为外电源供给桥路的电压

 

进一步简化有

 

E=[R2/4R2](R1/R-R2/RR3/R-R4/R)U

 

将△Ri/Ri=Kεi代上上式

 

则有△E=[UK/4](ε1-ε2ε3-ε4)

 

简单来说,外力P引起传感器内应变片的变形,导致电桥的不平衡,从而引起传感器输出电压的变化,我们通过测量输出电压的变化就可以知道力的大小了。

 

一般来说,传感器的输出信号都是非常微弱的,通常只有几个mV,如果我们直接对此信号进行测量,是非常困难的,并且不能满足高精度测量要求。因此必须通过放大器将此微弱信号放大,放大后的信号电压可达10V,此时的信号为模拟信号,这个模拟信号经过多路开关和A/D转换芯片转变为数字信号,然后进行数据处理,至此,力的测量告一段落。

 

2形变的测量

 

通过形变测量装置来测量,它是用来测量试样在试验过程中产生的形变。

 

该装置上有两个夹头,经过一系列传动机构与装在测量装置顶部的【光电编码器】连在一起,当两夹头间的距离发生变化时,带动光电编码器的轴旋转,光电编码器就会有脉冲信号输出。再由处理器对此信号进行处理,就可以得出试样的变形量。

 

3横梁位移的测量

 

其原理同变形测量大致相同,都是通过测量光电编码器的输出脉冲数来获得横梁的位移量。

 

驱动系统主要是用于试验机的横梁移动,其工作原理是由伺服系统控制电机,电机经过减速箱等一系列传动机构带动丝杆转动,从而达到控制横梁移动的目的。通过改变电机的转速,可以改变横梁的移动速度。

 

控制系统就是控制试验机运作的系统,人们通过操作台可以控制试验机的运作,通过显示屏可以获知试验机的状态及各项试验参数,若该机带有电脑的话,也可以由电脑实现各项功能并进行数据处理分析、试验结果打印。试验机同电脑之间的通信一般都是使用RS232串行通信方式,它通过计算机背后的串口(COM)进行通信,此技术比较成熟、可靠,使用方便。

 

电脑用来采集和处理分析数据。进入试验界面后,电脑会不断采集各样试验数据,实时画出试验曲线(常用力--位移的曲线),自动求出各试验参数及输出报表

2012-09-04
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