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電子拉力試驗機的組成及其工作原理

更新時(shí)間:2018-10-12瀏覽:2401次

      電子式拉力試驗機(又叫材料試驗機)是現代電子技術(shù)與機械傳動(dòng)技術(shù)相結合的產(chǎn)物,是充分發(fā)揮了機電各自特長(cháng)而構成的大型精密測試儀器,可對各種材料進(jìn)行拉 伸、壓縮、彎曲、剝離、剪切等多項性能試驗,且有測量范圍寬、精度高、響應快等特點(diǎn)。工作可靠,效率高,可對試驗數據進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示記錄、打印。

 電子式拉力試驗機是由測量系統、驅動(dòng)系統、控制系統及電腦(電腦系統型拉力試驗機)等結構組成。

 一.拉力試驗機的測量系統

 1.力值的測量

 通過(guò)測力傳感器、放大器和數據處理系統來(lái)實(shí)現測量,常用的測力傳感器是應變片式傳感器。

 所謂應變片式傳感器,就是由【應變片】、彈性元件和某些附件(補償元件、防護罩、接線(xiàn)插座、加載件組成),能將某種機械量變成電量輸出的器件。應變片式的拉、壓力傳感器國內外種類(lèi)繁多,主要有筒狀力傳感器、輪輻式力傳感器、S雙連孔型傳感器、十字梁式傳感器等類(lèi)型。

 從材料力學(xué)上得知,在小變形條件下,一個(gè)彈性元件某一點(diǎn)的應變ε與彈性元件所受的力成正比,也與彈性的變形成正比。以S型傳感器為例,當傳感器受到拉 力P的作用時(shí),由于彈性元件表面粘貼有應變片,因為彈性元件的應變與外力P的大小成正比例,故此將應變片接入測量電路中,即可通過(guò)測出其輸出電壓,從而測 出力的大小。

 對于傳感器,一般采用差動(dòng)全橋測量,即將所粘貼的應變片組成橋路,

 R1、R2、R3、R4,實(shí)際為阻值相等的4片(或8片)應變片,即R1=R2=R3=R4,當傳感器受到外力(拉力或壓力)作用時(shí),傳感器彈性元件 產(chǎn)生應變而使各電阻值發(fā)生變化,其變化值分別為△R1△、R2、△R3、△R4,結果原來(lái)平衡的電橋,現在不平衡了,橋路就有電壓輸出,設△E

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

  式中U為外電源供給橋路的電壓

 進(jìn)一步簡(jiǎn)化有

 △E=[R2/4R2](△R1/R-△R2/R △R3/R-△R4/R)U

 將△Ri/Ri=Kεi代上上式

 則有△E=[UK/4](ε1-ε2 ε3-ε4)

 簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),外力P引起傳感器內應變片的變形,導致電橋的不平衡,從而引起傳感器輸出電壓的變化,我們通過(guò)測量輸出電壓的變化就可以知道力的大小了。

 一般來(lái)說(shuō),傳感器的輸出信號都是非常微弱的,通常只有幾個(gè)mV,如果我們直接對此信號進(jìn)行測量,是非常困難的,并且不能滿(mǎn)足高精度測量要求。因此必須 通過(guò)放大器將此微弱信號放大,放大后的信號電壓可達10V,此時(shí)的信號為模擬信號,這個(gè)模擬信號經(jīng)過(guò)多路開(kāi)關(guān)和A/D轉換芯片轉變?yōu)閿底中盘?,然后進(jìn)行數  據處理,至此,力的測量告一段落。

 2.形變的測量

 通過(guò)形變測量裝置來(lái)測量,它是用來(lái)測量試樣在試驗過(guò)程中產(chǎn)生的形變。

 該裝置上有兩個(gè)夾頭,經(jīng)過(guò)一系列傳動(dòng)機構與裝在測量裝置頂部的【光電編碼器】連在一起,當兩夾頭間的距離發(fā)生變化時(shí),帶動(dòng)光電編碼器的軸旋轉,光電編碼器就會(huì )有脈沖信號輸出。再由處理器對此信號進(jìn)行處理,就可以得出試樣的變形量。

 3.橫梁位移的測量

 其原理同變形測量大致相同,都是通過(guò)測量光電編碼器的輸出脈沖數來(lái)獲得橫梁的位移量。

 二.拉力試驗機的驅動(dòng)系統

 主要是用于試驗機的橫梁移動(dòng),其工作原理是由伺服系統控制電機,電機經(jīng)過(guò)減速箱等一系列傳動(dòng)機構帶動(dòng)絲桿轉動(dòng),從而達到控制橫梁移動(dòng)的目的。通過(guò)改變電機的轉速,可以改變橫梁的移動(dòng)速度。

 三.拉力試驗機的控制系統

 顧名思義,就是控制試驗機運作的系統,人們通過(guò)操作臺可以控制試驗機的運作,通過(guò)顯示屏可以獲知試驗機的狀態(tài)及各項試驗參數,若該機帶有電腦的話(huà),也  可以由電腦實(shí)現各項功能并進(jìn)行數據處理分析、試驗結果打印。試驗機同電腦之間的通信一般都是使用RS232串行通信方式,它通過(guò)計算機背后的串口(COM 口)進(jìn)行通信,此技術(shù)比較成熟、可靠,使用方便。

 四.電子拉力試驗機的配套電腦

 用來(lái)采集和處理分析數據。進(jìn)入試驗界面后,電腦會(huì )不斷采集各樣試驗數據,實(shí)時(shí)畫(huà)出試驗曲線(xiàn)(常用力--位移的曲線(xiàn)),自動(dòng)求出各試驗參數及輸出報表.

 

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